Question

【題目】如圖，光滑水平導軌與光滑斜面底端平滑絕緣連接，兩導軌關于中心線OO′對稱，其中邊長為L的正方形區域abb′a′內有豎直向下的勻強磁場I，長為2L、寬為的長方形區域dee′d′內有豎直向上的勻強磁場II。質量為m的金屬桿P置于斜面上，質量為2m的金屬桿Q置于bb′和dd′之間的適當位置，P桿由靜止釋放后，第一次穿過磁場I的過程中，通過P桿的電荷量為q；之后與桿發生正碰，碰后兩桿向相反方向運動，并各自始終勻速穿過兩側的磁場，兩桿在運動過程中始終與中心線OO′垂直。已知兩桿單位長度的電阻均為r，P桿能再次滑上斜面的最大高度為h，重力加速度為g，導軌電阻不計。求：

(1)磁場I、II的磁感應強度大小B1、B2；

(2)試通過計算分析兩桿的碰撞是否為彈性碰撞；

(3)P桿最初釋放時的高度。

Answer 1

【答案】(1)，；(2)彈性碰撞；(3)

【解析】

(1)P桿穿過磁場I的過程中，Q桿不動，兩桿構成的回路的磁通量變化量

平均電動勢

平均電流

通過P桿的電荷量

解得

設碰后P、Q兩桿的速率分別為、，碰撞后兩桿均能始終勻速穿過兩側的磁場，說明兩桿均不受安培力作用，回路始終沒有感應電流，而且兩桿必定同時進入磁場，又同時穿出磁場，則

解得

(2)由（1）得，設碰前瞬間P桿的速率為v1，由動量守恒定律得

碰撞過程中系統的動能變化

得△E=0，故兩金屬桿的碰撞為彈性碰撞

(3)設P桿被釋放時的高度為H，第一次進入磁場時的速度為v0，沿斜面下滑的過程中有

碰后P桿再次滑上斜面的過程中，有

在P桿第一次穿過磁場I的過程中所用時間△t內，根據動量定理可得

解得