如图所示.两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上.导轨间距为l.足够长且电阻忽略不计.导轨平面的倾角为α.条形匀强磁场的宽度为d.磁感应强度大小为B.方向与导轨平面垂直.长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起组成“ 型装置.总质量为m.置于导轨上导体棒中通以大小恒为I的电流(由外接恒流源产生.图中未画出).线框的边长为d.� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

如图所示，两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上，导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计，导轨平面的倾角为α，条形匀强磁场的宽度为d，磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直。长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起组成“

”型装置，总质量为m，置于导轨上导体棒中通以大小恒为I的电流（由外接恒流源产生，图中未画出）。线框的边长为d（d＜l），电阻为R，下边与磁场区域上边界重合。将装置由静止释放，导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回，导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直，重力加速度为g。求：
（1）装置从释放到开始返回的过程中，线框中产生的焦耳热Q；
（2）线框第一次穿越磁场区域所需的时间t₁；
（3）经过足够长时间后，线框上边与磁场区域下边界的最大距离x_m。

解：（1）设装置由静止释放到导体棒运动到磁场下边界的过程中，作用在线框上的安培力做功为W
由动能定理mgsinα·4d+W－Blld=0
且Q=-W
解得Q=4mgdsinα－BIld
（2）设线框刚离开磁场下边界时的速度为v₁，则接着向下运动2d
由动能定理

装置在磁场中运动时受到的合力F=mgsinα－F'
感应电动势ε=Bdv
感应电流I'=ε/R
安培力F'=BI'd
由牛顿第二定律，在t到t+△t时间内，有

则

有

解得

（3）经过足够长时间后，线框在磁场下边界与最大距离x_m之间往复运动
由动能定理mgsinα·x_m－BIl(x_m－d)=0
解得

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