题目内容
如图所示，足够长的光滑导轨ab、cd 固定在竖直平面内，导轨间距为l，b、c两点间接一阻值为R的电阻．ef是一水平放置的导体杆，其质量为m、电阻值为2R，杆与ab、cd 保持良好接触．整个装置放在磁感应强度满足B=B0+ky的非匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直．现用一竖直向上的力拉导体杆，使导体杆由y=0从静止开始做加速度为
的匀加速运动，在金属杆ef上升了h高度的过程中，bc间电阻R产生的焦耳热为Q．重力加速度为g，不计导轨电阻及感应电流间的相互作用．求：
（1）导体杆上升高度h过程中拉力做的功；
（2）导体杆上升到h时所受拉力F的大小；
（3）导体杆上升到h过程中通过杆的电量．
| g |
| 2 |
（1）导体杆上升高度h过程中拉力做的功；
（2）导体杆上升到h时所受拉力F的大小；
（3）导体杆上升到h过程中通过杆的电量．
（1）设ef导体杆上升高度h，速度为v1，由运动学公式得：v1=
=
．
bc间电阻R产生的焦耳热为Q，导体杆的电阻值为2R，则金属杆上产生的焦耳热为2Q，根据功能关系可知，导体杆ef克服安培力做功为W安=3Q．
由动能定理得 WF-mgh-W安=
m
解得，WF=
mgh+3Q．
（2）设导体杆上升到h时拉力为F，根据闭合电路欧姆定律得
I1=
=
杆所受的安培力为 FA=ByI1l=
根据牛顿第二定律得
F-mg-FA=ma
综合各式得 F=
mg+
．
（3）由闭合电路欧姆定律得
=
由法拉第电磁感应定律得
=
通过杆的电量 q=
?△t=
因为B与y成线性关系，可画出BL-y图象如图所示，可求得△Φ=
[B0L+（B0+kh）L）h]
则解得，q=
答：
（1）导体杆上升高度h过程中拉力做的功为
mgh+3Q．；
（2）导体杆上升到h时所受拉力F的大小为
mg+
．；
（3）导体杆上升到h过程中通过杆的电量为
．
| 2ah |
| gh |
bc间电阻R产生的焦耳热为Q，导体杆的电阻值为2R，则金属杆上产生的焦耳热为2Q，根据功能关系可知，导体杆ef克服安培力做功为W安=3Q．
由动能定理得 WF-mgh-W安=
| 1 |
| 2 |
| v | 21 |
解得，WF=
| 3 |
| 2 |
（2）设导体杆上升到h时拉力为F，根据闭合电路欧姆定律得
I1=
| Bylv1 |
| 3R |
(B0+kh)l
| ||
| 3R |
杆所受的安培力为 FA=ByI1l=
(B0+kh)2l2
| ||
| 3R |
根据牛顿第二定律得
F-mg-FA=ma
综合各式得 F=
| 3 |
| 2 |
(B0+kh)2l2
| ||
| 3R |
（3）由闭合电路欧姆定律得
| . |
| I |
| ||
| 3R |
由法拉第电磁感应定律得
| . |
| E |
| △Φ |
| △t |
通过杆的电量 q=
| . |
| I |
| △Φ |
| 3R |
因为B与y成线性关系，可画出BL-y图象如图所示，可求得△Φ=
| 1 |
| 2 |
则解得，q=
| (2B0+kh)lh |
| 6R |
答：
（1）导体杆上升高度h过程中拉力做的功为
| 3 |
| 2 |
（2）导体杆上升到h时所受拉力F的大小为
| 3 |
| 2 |
(B0+kh)2l2
| ||
| 3R |
（3）导体杆上升到h过程中通过杆的电量为
| (2B0+kh)lh |
| 6R |
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