题目内容


如图所示,在方向竖直向上的磁感应强度为B特斯拉的匀强磁场中有两条光滑固定的平行金属导轨MN、PQ,导轨足够长,间距为L,其电阻不计,导轨平面与磁场垂直。ab、cd为两根垂直于导轨水平放置的金属棒,其接入回路中的电阻均为R,质量均为m。与金属导轨平行的水平细线一端固定,另一端与cd棒的中点连接,细线能承受的最大拉力为T,一开始细线处于伸直状态,ab棒在平行导轨的水平拉力F(未知)的作用下以加速a向右做匀加速直线运动,两根金属棒运动时始终与导轨接触良好且与导轨垂直。求:

(1)经多长时间细线被拉断?

(2)若在细线被拉断瞬间撤去拉力F,两棒最终的速度各为多大?

  (3)若在细线被拉断瞬间撤去拉力F,两根金属棒之间距离增量△x的最大值是多少?


解:

(1)ab棒以加速度a向右运动,经t时间细线被拉断,当细线断时,ab棒运动的速度为v,产生的感应电动势为 E= BLv, v=at

回路中的感应电流为

cd棒受到的安培力为 T =BIL

联立解得

(2)当细线断时,ab棒运动的速度为v,细线断后,ab棒做减速运动,cd棒做加速运动,两棒之间的距离增大,当两棒达相同速度而稳定运动时,两棒之间的距离增量△x达到最大值,整个过程回路中磁通量的变化量为= BL△x

通过该回路的电量

由动量守恒定律得

对于cd棒,由动量定理得

故通过该回路的电量

联立解得.


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