题目内容

如图所示，光滑金属直轨道MN和PQ固定在同一水平面内，MN、PQ平行且足够长，两轨道间的宽度L=0.50m．轨道左端接一阻值R=0.50Ω的电阻．轨道处于磁感应强度大小B=0.40T，方向竖直向下的匀强磁场中．质量m=0.50kg的导体棒ab垂直于轨道放置．在沿着轨道方向向右的力F作用下，导体棒由静止开始运动，导体棒与轨道始终接触良好并且相互垂直．不计轨道和导体棒的电阻，不计空气阻力．
（1）若力F的大小保持不变，且F=1.0N．求
a．导体棒能达到的最大速度大小vm；
b．导体棒的速度v=5.0m/s时，导体棒的加速度大小a．
（2）若力F的大小是变化的，在力F作用下导体棒做初速度为零的匀加速直线运动，加速度大小a=2.0m/s2．从力F作用于导体棒的瞬间开始计时，经过时间t=2.0s，求力F的冲量大小I．
（1）a．导体棒达到最大速度vm时受力平衡F=F安m
此时，F安m=B
BLvm
R
L
解得：vm=12.5m/s
b．导体棒的速度v=5.0m/s时，感应电动势E=BLv=1.0V
导体棒上通过的感应电流I=
E
R
=2.0A
导体棒受到的安培力F安=BIL=0.40N
根据牛顿第二定律，解得：a=
F-F安
m
=1.2m/s2
（2）t=2s时，金属棒的速度v1=at=4.0m/s
此时，导体棒所受的安培力F安1=
B2L2v1
R
=0.32N
时间t=2s内，导体棒所受的安培力随时间线性变化，
所以，时间t=2s内，安培力的冲量大小I安=
F安1
2
t=0.32N?s
对导体棒，根据动量定理I-I安=mv1-0
所以，力F的冲量I=mv1+I安=2.32N?s
答：
（1）若力F的大小保持不变，且F=1.0N．a．导体棒能达到的最大速度大小vm为12.5m/s．
b．导体棒的速度v=5.0m/s时，导体棒的加速度大小a是1.2m/s2．
（2）力F的冲量大小I是2.32N?s．
练习册系列答案
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如图所示，间距为L、半径为R0的内壁光滑的
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圆弧固定轨道，右端通过导线接有阻值为R的电阻，圆弧轨道处于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B．质量为m、电阻为r、长度也为L的金属棒，从与圆心等高的ab处由静止开始下滑，到达底端cd时，对轨道的压力恰好等于金属棒的重力2倍，不计导轨和导线的电阻，空气阻力忽略不计，重力加速度为g．求：
（1）金属棒到达底端时，电阻R两端的电压U多大；
（2）金属棒从ab处由静止开始下滑，到达底端cd的过程中，通过电阻R的电量q；
（3）用外力将金属棒以恒定的速率v从轨道的低端cd拉回与圆心等高的ab处的过程中，电阻R产生的热量Q．
参考题两根相距d=0.20m的平行光滑金属长导轨与水平方向成30°角固定，匀强磁场的磁感强度B=0.20T，方向垂直两导轨组成的平面，两根金属棒ab．cd互相平行且始终与导轨垂直地放在导轨上，它们的质量分别为m1=0.1kg，m2=0.02kg，两棒电阻均为0.20Ω，导轨电阻不计，如图所示．
（1）当ab棒在平行于导轨平面斜向上的外力作用下，以v1=1.5m/s速度沿斜面匀速向上运动，求金属棒cd运动的最大速度；
（2）若要cd棒静止，求使ab匀速运动时外力的功率．（g=10m/s2）
如图所示，两根光滑平行的金属导轨，放在倾角为θ的斜面上，导轨的左端接有电阻R，导轨自身电阻不计，斜面处在一匀强磁场中，方向垂直斜面向上，一质量为m、电阻不计的金属棒，在沿斜面并与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑，并上升了h高度在上滑过程中（　　）
A．金属棒所受合外力所做的功等于mgh与电阻R上产生的热量之和
B．恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的热量
C．金属棒受到的合外力所做的功为零
D．恒力F与安培力的合力所做的功为mgh
如图所示，通电导线棒的质量为m=20g，通以1.2A的电流，放在水平放置的导轨PQ和MN上，两导轨平行，间距为0.25m，导线棒ab跟导轨间动摩擦因素为0.2，整个装置放在竖直向上的匀强磁场中，求：磁感应强度多大时，ab棒恰能匀速运动？（g取10m/s2）
如图所示，水平放置的足够长的平行金属导轨MN、PQ的一端接有电阻R0，不计电阻的导体棒ab静置在导轨的左端MP处，并与MN垂直．以导轨PQ的左端为坐标原点O，建立直角坐标系xOy，Ox轴沿PQ方向．每根导轨单位长度的电阻为r．垂直于导轨平面的非匀强磁场磁感应强度在y轴方向不变，在x轴方向上的变化规律为：B=B0+kx，并且x≥0．现在导体棒中点施加一垂直于棒的水平拉力F，使导体棒由静止开始向右做匀加速直线运动，加速度大小为a．设导体棒的质量为m，两导轨间距为L．不计导体棒与导轨间的摩擦，导体棒与导轨接触良好，不计其余部分的电阻．
（1）请通过分析推导出水平拉力F的大小随横坐标x变化的关系式；
（2）如果已知导体棒从x=0运动到x=x0的过程中，力F做的功为W，求此过程回路中产生的焦耳热Q；
（3）若B0=0.1T，k=0.2T/m，R0=0.1Ω，r=0.1Ω/m，L=0.5m，a=4m/s2，求导体棒从x=0运动到x=1m的过程中，通过电阻R0的电荷量q．
如图所示，导轨是水平的，其间距l1=0.5m，ab杆与导轨左端的距离l2=0.8m，由导轨与ab杆所构成的回路电阻为0.2Ω，方向垂直导轨平面向下的匀强磁场的磁感应强度B=1T，滑轮下挂一重物质量0.04kg，ah杆与导轨间的摩擦不计，现使磁场以
△B
△t
=0.2T/s的变化率均匀地增大，问：当t为多少时，M刚离开地面？（g取10m/s2）
有一种信号发生器的工作原理可以简化为如图所示的图形，竖直面内有半径为R且相切与O点的两圆形区域，其内存在水平恒定的匀强磁场，长为2R的导体杆OA，以角速度ω绕过O点的固定轴，在竖直平面内顺时针竖直旋转，t=0时，OA恰好位于两圆的公切线上，下列描述导体杆两端电势能差UAO随时间变化的图象可能正确的是（　　）
A．B．C．D．
如图，导体AB在做切割磁感线运动时，将产生一个电动势，因而在电路中有电流通过，下列说法中正确的是（　　）
A．因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势
B．动生电动势的产生与洛仑兹力有关
C．动生电动势的产生与电场力有关
D．动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的

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