如图所示，两足够长平行金属直导轨MN、PQ的间距为L，固定在同一水平面内，直导轨在左端M、P点分别与两条竖直固定、半径为L的圆弧导轨相切。MP连线与直导轨垂直，其左侧无磁场，右侧存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。长为L、质量为m、电阻为R的金属棒ab跨放在两圆弧导轨的最高点。质量为2m、电阻为6R的均匀金属丝制成一个半径为L的圆环，水平放置在两直导轨上，其圆心到两直导轨的距离相等。忽略导轨的电阻、所有摩擦以及金属环的可能形变，金属棒、金属环均与导轨始终接触良好，重力加速度大小为g。现将金属棒ab由静止释放，求

1. 如图所示，两足够长平行金属直导轨MN、PQ的间距为L，固定在同一水平面内，直导轨在左端M、P点分别与两条竖直固定、半径为L的 $\text{[math]}$ 圆弧导轨相切。MP连线与直导轨垂直，其左侧无磁场，右侧存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。长为L、质量为m、电阻为R的金属棒ab跨放在两圆弧导轨的最高点。质量为2m、电阻为6R的均匀金属丝制成一个半径为L的圆环，水平放置在两直导轨上，其圆心到两直导轨的距离相等。忽略导轨的电阻、所有摩擦以及金属环的可能形变，金属棒、金属环均与导轨始终接触良好，重力加速度大小为g。现将金属棒ab由静止释放，求

(1) ab刚越过MP时产生的感应电动势大小；

(2) 金属环刚开始运动时的加速度大小；

(3) 为使ab在整个运动过程中不与金属环接触，金属环圆心初始位置到MP的最小距离。

【考点】

闭合电路的欧姆定律; 导体切割磁感线时的感应电动势; 电磁感应中的电路类问题;

【答案】

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综合题困难

1. 如图1所示，两条足够长的平行金属导轨间距为0.5m，固定在倾角为37°的斜面上。导轨顶端连接一个阻值为1 $\text{[math]}$ 的电阻。在MN下方存在方向垂直于斜面向上、大小为1T的匀强磁场。质量为0.5kg的金属棒从AB处由静止开始沿导轨下滑，其运动过程中的v-t图象如图2所示。金属棒运动过程中与导轨保持垂直且接触良好，不计金属棒和导轨的电阻，取g=10m/s² ， sin37°=0.6，cos37°=0.8。

(1) 求金属棒与导轨间的动摩擦因数；

(2) 求金属棒在磁场中能够达到的最大速率；

(3) 已知金属棒从进入磁场到速度达到5m/s时通过电阻的电荷量为1.3C，求此过程中电阻产生的焦耳热。

综合题普通

2. 如图，两根足够长的光滑金属轨道互相垂直地固定在水平面内，电阻不计。处于磁感应强度为B的匀强磁场中。将单位长度电阻为r的导体棒与轨道成45°放置于轨道上。

时导体棒位于O点位置，在水平拉力作用下，导体棒从O点沿x轴以速度v匀速向右运动。导体棒与轨道的交点为a与b。

(1) t时刻导体棒中电流的大小I和方向；

(2) 水平拉力F随时间t变化的关系式F(t)；

(3) 分析说明导体棒上产生的焦耳热Q随时间t变化的规律并画出大致图像。

综合题困难

3. 如图，两根足够长的平行光滑导轨固定在绝缘水平面上，两平行倾斜绝缘轨道固定在斜面上，水平导轨与倾斜轨道在倾斜轨道的底部bc处平滑连接，轨道间距为L=1m，倾斜轨道的倾角为 $\text{[math]}$ 。在水平导轨的右侧abcd区域内存在方向向上、磁感应强度大小为B=2T的匀强磁场。现有多根长度也为L=1m的相同金属棒依次从倾斜轨道上高为 $\text{[math]}$ 的MN处由静止释放，前一根金属棒刚好离开磁场时释放后一根金属棒，发现第1根金属棒穿越磁场区域的时间为t=1s。已知每根金属棒的质量为m=2kg，电阻为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 且与轨道垂直，不计水平导轨的电阻，金属棒与水平导轨接触良好，金属棒与倾斜轨道的动摩擦因数为 $\text{[math]}$ ，重力加速度g取 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。求：

(1) 磁场区域的长度 $\text{[math]}$ ；

(2) 第2根金属棒刚进入磁场时的加速度大小；

(3) 第4根金属棒刚出磁场时，第2、3两根金属棒的速度大小之比；

(4) 第n根金属棒在磁场中运动的过程，第1根金属棒上产生的热量。

综合题困难