如图甲,两光滑的平行导轨MON与PO′Q,其中ON、O′Q部分是水平的,倾斜部分与水平部分用光滑圆弧连接,QN两点间连电阻R,导轨间距为L.水平导轨处有两个匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ(分别是cdef和hgjk虚线包围区),磁场方向垂直于导轨平面竖直向上,Ⅱ区是磁感强度B0的恒定的磁场,Ⅰ区磁场的宽度为x0,磁感应强度随时间变化.一质量为m,电阻为R的导体棒垂直于导轨放置在磁场区中央位置,t=0时刻Ⅰ区磁场的磁感强度从B1大小开始均匀减小至零,变化如图乙所示,导体棒在磁场力的作用下运动的v-t图象如图丙所示.
(1)求出t=0时刻导体棒运动加速度a.
( 2)求导体棒穿过Ⅰ区磁场边界过程安培力所做的功和将要穿出时刻电阻R的电功率.
(3)根据导体棒运动图象,求棒的最终位置和在0-t2时间内通过棒的电量.
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(1)t=0时刻 E==•,I= ab棒受到向左的安培力 F=B1IL=
ab棒向左的加速度 a==
(2)t0时刻导体棒穿出磁场速度为v0,由动能定理,安培力的功为W=m
将要穿出磁场Ⅰ区时电动势为E=-BLv=-
I=,P=I2R=(-)2
(3)设磁场Ⅱ区宽度为x1,棒在Ⅱ区任一时刻速度为v,E=BLv,I=
棒受到向右安培力 F=B0IL=
加速度大小a=
△v=-a△t=△t
穿过磁场Ⅱ区全程
∑△v=v0-v0=∑△x=x1
x1=
棒从斜面返回磁场Ⅱ初速度v0,同理可知,经过x1位移速度减为零,所以停在Ⅱ区右端
又 E=,I=
△Q=I△t=
0-t2时间内 △Φ 1=-,△Φ 2=B0Lx1=
△Q=-
答:(1)开始时刻导体棒运动加速度a为;
( 2)导体棒穿过Ⅰ区磁场边界过程安培力所做的功为m,将要穿出时刻电阻R的电功率为(-)2;
(3)棒的最终位置在Ⅱ区右端,在0-t2时间内通过棒的电量为-.