Question

如图所示，两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内，距离为l=0.2m，在导轨的一端接有阻值为R=0.5Ω的电阻，在x≥0处有与水平面垂直的均匀磁场，磁感应强度B=0.5T．一质量为m=0.1kg的金属直杆垂直放置在导轨上，并以v=2m/s的初速度进入磁场，在安培力和一垂直于杆的水平外力F的共同作用下做匀变速直线运动，加速度大小为a=2m/s²，方向与初速度方向相反．设导轨和金属杆的电阻都可以忽略，且接触良好，求：
（1）电流为零时金属杆所处的位置；
（2）电流为最大值的一半时施加在金属杆上外力F的大小和方向．

Answer 1

【答案】分析：（1）电流为0时，电动势为0，切割的速度为0．即知电流为0的位置为金属杆匀减速运动速度为0的位置，根据匀变速运动的公式求出金属杆的位移．
（2）当速度为v时，电动势最大，电流最大，根据E=BLv，结合闭合电路欧姆定律，可以求出最大电流．从而可以求出电流为最大值的一半时所受的安培力，根据牛顿第二定律求出外力的大小和方向．（要考虑金属杆的运动方向）
解答：解：（1）感应电动势E=Blv，，故I=0时v=0，
则 m．
（2）最大电流，．
安培力N，
向右运动时，F+F_A=ma，F=ma-F_A=0.18，方向与x轴相反
向左运动时，F-F_A=ma，F=ma+F_A=0.22N，方向与x轴相反
答：（1）电流为零时金属杆所处的位置X=1m；
（2）电流为最大值的一半时施加在金属杆上外力F的大小和方向：
向右运动时，F+F_A=ma，F=ma-F_A=0.18，方向与x轴相反
向左运动时，F-F_A=ma，F=ma+F_A=0.22N，方向与x轴相反．
点评：解决本题的关键正确地对金属杆进行受力分析，灵活运用牛顿第二定律．以及掌握导体棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv．