Question

【題目】兩平行金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌間距。一質(zhì)量的金屬棒垂直于導(dǎo)軌靜止放在緊貼電阻處，電阻，其他電阻不計(jì)。矩形區(qū)域內(nèi)存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，金屬棒與兩導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為，電阻與邊界的距離。某時(shí)刻金屬棒在一水平外力作用下由靜止開始向右勻加速穿過磁場(chǎng)，其加速度大小，取。

(1)求金屬棒穿過磁場(chǎng)的過程中平均電流的大小；

(2)若自金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)開始計(jì)時(shí)，求金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，外力隨時(shí)間變化的關(guān)系。

(3)求金屬棒穿過磁場(chǎng)的過程中所受安培力的沖量的大小。

Answer 1

【答案】(1)；(2)其中；(3)。

【解析】

(1)設(shè)金屬棒到達(dá)磁場(chǎng)左、右邊界、時(shí)的速度分別為、則有

解得

由電磁感應(yīng)規(guī)律，金屬棒的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

金屬棒穿過磁場(chǎng)的過程中平均電流的大小

聯(lián)立以上各式，解得

。

(2)金屬棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，金屬棒中有感應(yīng)電流，則金屬棒速度為時(shí)受到的安培力

由牛頓第二定律得

又因?yàn)?/span>

所以在金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)后，拉力

代入數(shù)據(jù)得

其中。

(3)由(2)可知，金屬棒在通過磁場(chǎng)的過程中所受安培力的大小

畫出安培力隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示

乙

圖中

金屬棒穿過磁場(chǎng)的過程中，其受到的安培力的沖量即為圖線與橫軸所圍圖形的面積，即