21.
(2020·臺(tái)州模擬)
如圖,光滑金屬軌道POQ、
互相平行,間距為L,其中
和OQ位于同一水平面內(nèi),PO和
構(gòu)成的平面與水平面成30°。正方形線框ABCD邊長為L,其中AB邊和CD邊質(zhì)量均為m,電阻均為r,兩端與軌道始終接觸良好,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。BC邊和AD邊為絕緣輕桿,質(zhì)量不計(jì)。線框從斜軌上自靜止開始下滑,開始時(shí)底邊AB與OO′相距L。在水平軌道之間,
長方形區(qū)域分布著有豎直向上的勻強(qiáng)磁場,
,
右側(cè)區(qū)域分布著豎直向下的勻強(qiáng)磁場,這兩處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B。在右側(cè)磁場區(qū)域內(nèi)有一垂直軌道放置并被暫時(shí)鎖定的導(dǎo)體桿EF,其質(zhì)量為m電阻為r。鎖定解除開關(guān)K與M點(diǎn)的距離為L,不會(huì)阻隔導(dǎo)軌中的電流。當(dāng)線框AB邊經(jīng)過開關(guān)K時(shí),EF桿的鎖定被解除,不計(jì)軌道轉(zhuǎn)折處OO′和鎖定解除開關(guān)造成的機(jī)械能損耗。