题目内容
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处有一与水平面垂直的均匀磁场，磁感强度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的初速度进人磁场，在安培力和一垂直于杆的水平外力 F的共同作用下作匀变速直线运动，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；
（3）保持其他条件不变，而初速度v取不同值，求开始时F的方向与初速度v取值的关系．
【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）
（3）开始时，金属杆所受的安培力
若FA＜ma，F方向与x轴相反；FA＞ma，F方向与x轴相同．
解答：解：（1）感应电动势E=Blv，
当I=0时 v=0
由
得：
金属杆的位移为：
（2）金属棒速度最大时最大电流 为
此时安培力为：
向右运动时由牛顿第二定律得：F+FA=ma
即：F=ma-FA=0.18N 方向 与x轴相反
向左运动时由牛顿第二定律得：F-FA=ma
F=ma+FA=0.22N 方向与x轴相反
（3）开始时 v=v，此时安培力为：
由牛顿第二定律得：F+FA′=ma，F=ma-FA′=
当v＜
时，F＞0 方向与x轴相反
当v＞
时，F＜0 方向与x轴相同．
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的大小为0.18N，方向 与x轴相反，或0.22N，方向与x轴相反；
（3）当v＜
时，F＞0 方向与x轴相反
当v＞
时，F＜0 方向与x轴相同．
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．
（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）
（3）开始时，金属杆所受的安培力
若FA＜ma，F方向与x轴相反；FA＞ma，F方向与x轴相同．解答：解：（1）感应电动势E=Blv，
当I=0时 v=0
由
得：金属杆的位移为：
（2）金属棒速度最大时最大电流 为
此时安培力为：
向右运动时由牛顿第二定律得：F+FA=ma
即：F=ma-FA=0.18N 方向 与x轴相反
向左运动时由牛顿第二定律得：F-FA=ma
F=ma+FA=0.22N 方向与x轴相反
（3）开始时 v=v，此时安培力为：
由牛顿第二定律得：F+FA′=ma，F=ma-FA′=
当v＜
时，F＞0 方向与x轴相反 当v＞
时，F＜0 方向与x轴相同．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的大小为0.18N，方向 与x轴相反，或0.22N，方向与x轴相反；
（3）当v＜
时，F＞0 方向与x轴相反 当v＞
时，F＜0 方向与x轴相同．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．
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（2007?南开区模拟）学校开展研究性学习．某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器．如图所示，在一个圆盘上过其圆心0作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P1位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察Pl、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住Pl、P2，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值．这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值．则：
Ⅰ学校开展研究性学习，某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示．在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2，并保持P1、P2位置不变，∠AOF=30°，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2的像，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值，则：
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| B、图中P3位置处所对应的折射率P4处的大 | ||
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D、若OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为
| ||
| E、测某液体折射率时，在右上方区域观察不到P1、P2的像，说明该液体的折射率大于2 |
