两根足够长的平行金属导轨,固定在同一水平面上,磁感应强度为B的匀强磁场与导轨所在平面垂直,方向竖直向下,导轨的电阻忽略不计,导轨间的距离为L,两根质量均为m的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动,滑动过程中与导轨保持垂直,每根金属杆接入回路的电阻都为R,在开始时刻,两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行,大小为F的恒力作用于金属杆甲上,使金属杆在导轨上滑动。
(1)若某时刻甲的速度为v1,乙的速度为v2,求此时乙的加速度大小a乙;
(2)求由两金属杆与两金属导轨构成的回路中的最大感应电动势E。
(1) (2)
⑴由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势大小为:
① 4分
回路中的电流为:
② 1分
甲、乙两杆都受安培力作用,大小都为:
③ 2分
乙杆受安培力方向水平向右,据牛顿第二定律有:
④ 2分
解以上各式得: ⑤ 2分
⑵设乙的加速度为a乙时,甲的加速度为a甲,
甲杆受安培力方向水平向左,据牛顿第二定律有:
⑥ 2分
开始时,a甲>a乙,甲的速度增加得较快,所以甲、乙的速度之差增大,由①式可知,E增大,由②③式可知I增大,F安增大,由④⑥式可知a甲减少,而a乙增大,当甲、乙两者加速度相等时,达最大值且稳定,此时回路电动势最大。 5分
由②③④⑥式和a甲=a乙可得回路最大电动势为:
⑦ 2分