问题 问答题

(18分)如图甲所示(俯视图),相距为2L的光滑平行金属导轨水平放置,导轨一部分处在以OO/为右边界匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直导轨平面向下,导轨右侧接有定值电阻R,导轨电阻忽略不计。在距边界OO/也为L处垂直导轨放置一质量为m、电阻不计的金属杆ab。求解以下问题:

(1)若ab杆固定在轨道上的初始位置,磁场的磁感应强度在时间t内由B均匀减小到零,求此过程中电阻R上产生的焦耳热为Q1

(2)若磁场的磁感应强度不变,ab杆在恒力作用下由静止开始向右运动3L距离,其v--x的关系图像如图乙所示。求①ab杆在刚要离开磁场时的加速度大小;②此过程中电阻R上产生的焦耳热Q2

答案

(1)

(2)

(1)磁场的磁感应强度在时间t内由B均匀减小到零,说明

此过程中的感应电动势为   ①

通过R的电流为   ②

此过程中电阻R上产生的焦耳热为 ③, 联立①②③求得

(2)①ab杆离起始位置的位移从L到3L的过程中.由动能定理可得

   ④

ab杆刚要离开磁场时,感应电动势 ⑤

通过R的电流为 ⑥

水平方向上受安培力和恒力F作用

安培力为: ⑦    联立⑤⑥⑦解得 ⑧

由牛顿第二定律可得:  ⑨

联立④⑧⑨解得

ab杆在磁场中由起始位置发生位移L的过程中,根据功能关系,恒力F做的功等于ab杆增加的动能与回路产生的焦耳热之和,则

  ⑩

联立④⑩解得 

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