题目

如图所示，间距为L、光滑的足够长的金属导轨（金属导轨的电阻不计）所在斜面倾角为α，两根同材料、长度均为L、横截面均为圆形的金属棒CD、PQ放在斜面导轨上，已知CD棒的质量为m、电阻为R，PQ棒的圆截面的半径是CD棒圆截面的2倍。磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上，两根劲度系数均为k、相同的弹簧一端固定在导轨的下端，另一端连着金属棒CD。开始时金属棒CD静止。现用一恒力平行于导轨所在平面向上拉金属棒PQ，使金属棒PQ由静止开始运动，当金属棒PQ达到稳定时，弹簧的形变量大小与开始时相同，已知金属棒PQ开始运动到稳定的过程中，通过CD棒的电量为q，此过程可以认为CD棒缓慢地移动，已知题设物理量符合的关系式。求此过程中：⑴CD棒移动的距离；⑵PQ棒移动的距离；⑶恒力所做的功。（要求三问结果均用与重力mg相关的表达式来表示。） 答案：⑴（提示：稳定后弹簧的伸长量等于开始的压缩量：，CD移动的距离为2Δx） ⑵（提示：PQ的质量是CD的4倍：m´=4m，PQ电阻R´=R/4，两棒的总电阻为R0=5R/4，回路中通过的电量，，PQ棒沿导轨上滑距离为：）⑶（提示：CD棒静止时受到的安培力为，PQ稳定时，恒力，）

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