Question

【题目】如图所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在竖直平面内，两导轨间的距离为L=1m，导轨间连接的定值电阻R=3Ω，导轨上放一质量为m=0. 1kg的金属杆ab，金属杆始终与导轨接触良好，杆的电阻r=1Ω，其余电阻不计，整个装置处于磁感应强度为B=1T的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向里．重力加速度g取10m/s2。现让金属杆从AB水平位置由静止释放，忽略空气阻力的影响，求：

（1）金属杆的最大速度

（2）达到最大速度后，某时刻若金属杆ab到导轨顶端 MP的距离为h，为使ab棒中不产生感应电流，从该时刻开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？推导这种情况下B与t的关系式。

Answer 1

【答案】（1）4m/s；（2）

【解析】

（1）设金属杆的最大速度为vm，此时安培力与重力平衡，即：

BIL=mg……①；

又由：

……②；

……③；

代入数据，联立①②③解得：

……④；

（2）要使ab棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化，在该时刻，穿过线圈平面的磁通量：

，

设t时刻的磁感应强度为，此时磁通量为：

，

由得：

。