(2012•怀柔区一模)如图所示,竖直平面内有无限长、不计电阻的两组平行光滑金属导轨,宽度均为L=0.5m,上方连接一个
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解题思路:(1)金属杆2进入磁场前做自由落体运动,由运动学公式求出进入磁场时的速度v,进入磁场后做匀速运动,重力与安培力平衡,E=BLv,I=[E/2r+R]、F=BIL,及平衡条件可求得m.

(2)金属杆2进入磁场经过一段时间后开始匀速运动,速度大小仍等于v.根据能量守恒求出h2,由

.

E

=[△Φ/△t]=

BL

h

2

t

2

.

I

=

.

E

2r+R

,q=

.

I

t

2

求出电量q.

(3)释放金属杆1后,两杆受力情况相同,且都向下加速运动,合力等于零时速度最大.根据平衡条件得到两杆速度之和.由于两个金属杆任何时刻受力情况相同,任何时刻两者量也相的加速度也都相同,在相同时间内速度的增同,根据速度增量相同,得到速度的关系,联立求解两杆的最大速度.

(1)金属杆2进入磁场前做自由落体运动,则有

v=

2gh0=4m/s

金属杆2进入磁场后匀速运动,则有 mg=BIL

且 E=BLv,I=[E/2r+R]

解得,m=

B2L2v

(2r+R)g=0.2kg

(2)金属杆2从下落到再次匀速运动的过程中,能量守恒(设金属杆2在磁场内下降h2),则有

mg(h1+h2)=[1/2mv2+Q

解得,h2=

mv2+2Q

2mg−h1=1.3m

金属杆2进入磁场到匀速运动的过程中,

.

E]=[△Φ/△t]=

BLh2

t2,

.

I=

.

E

2r+R,q=

.

I•t2

解得 电量q=

BLh2

2r+R=0.65C

(3)金属2杆刚进入磁场时的速度为v′=

2gh1=2m/s

释放金属杆1后,两杆受力情况相同,且都向下加速运动,合力等于零时速度最大.

mg=BIL,且I=

E1+E2

2r+R,E1=BLv1,E2=BLv2

整理得 v1+v2=

mg(2r+R)

B2L2

代入数据得 v1+v2=4m/s

因为两个金属杆任何时刻受力情况相同,故任何时刻两者的加速度也相同,在相同时间内速度的增量也都相同,即 v1-0=v2-v′

代入数据得 v2=v1+2

联立解得,v1=1m/s,v2=3m/s

答:(1)金属杆2的质量m为0.2kg.

(2)流过电阻R的电量q为0.65C.

(3)两根金属杆各自的最大速度分别是1m/s和3m/s.

点评:

本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;安培力;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 本题是电磁感应与力学知识的综合,第3问关键是抓住两杆的加速度相同,任何时刻速度的增量相同这一隐含的条件分析两杆的速度关系.

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