Question

【題目】如圖所示，電阻不計(jì)的兩光滑平行金屬導(dǎo)軌相距L=1m，PM、QN部分水平放置在絕緣桌面上，半徑a=0.4m的金屬半圓導(dǎo)軌處在豎直平面內(nèi)，兩部分分別在M、N處相切，PQ左端與R=2Ω的電阻連接。一質(zhì)量為m=1kg、電阻r=1Ω的金屬棒放在導(dǎo)軌上的PQ處，始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=1T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，g取10m/s2。

⑴若導(dǎo)體棒以v=3m/s在水平軌道上向右勻速運(yùn)動(dòng)，求導(dǎo)體棒受到的安培力的大小和方向；

⑵若導(dǎo)體棒恰好能通過軌道最高點(diǎn)CD處，求導(dǎo)體棒通過CD處時(shí)電阻R上的電功率；

⑶若導(dǎo)體棒從MN處以3m/s的恒定速率沿著半圓軌道運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生交變電流，寫出導(dǎo)體棒從MN運(yùn)動(dòng)到CD的過程中，產(chǎn)生的電流隨時(shí)間變化的表達(dá)式（以導(dǎo)體棒在MN處為t=0時(shí)刻）及電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱。

Answer 1

【答案】（1） F=1N，方向水平向左 （2） （3） ，

【解析】（1）產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E=BLv
形成的感應(yīng)電流為：
受到的安培力為：F=BIL
聯(lián)立解得：F=1N方向水平向左
（2）在最高點(diǎn)CD處有：mg=m

得v2=2m/s

E=BLv2

解得：

（3）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em=BLv=3V；電流最大值；

感應(yīng)電流（A）

電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱