题目内容

【题目】如图所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道相距L=1m,两轨道之间用电阻R=2Ω连接,有一质量m=0.5kg的导体杆静止地放在轨道上与两轨道垂直,杆及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面向上。现用水平拉力F沿轨道方向拉导体杆,使导体杆从静止开始做匀加速运动。经过位移x=0.5m后,撤去拉力,导体杆又滑行了x′=1.5m后停下。求:

(1)整个过程中通过电阻R的电荷量q;

(2)拉力的冲量大小IF;

(3)整个过程中导体杆的最大速度vm;

(4)在匀加速运动的过程中,拉力F与时间t的关系式。

【答案】(1)2C(2)4kg·m/s(3)6m/s(4)F=72t+18(N)

【解析】

(1)导体杆切割磁感线产生的感应电动势

E=

回路中电流

I=

通过电阻R的电荷量

q=IΔt=

磁通量ΔΦ=BLΔx,又Δx=x+x′

代入数据可得

q==C=2C

(2)根据动量定理

IF-F安Δt=0-0

F安=BIL,Δt为导体杆整个过程中所用时间

IF=BILΔt=BLq

所以

IF=4kg·m/s。

(3)当撤去力F后,根据楞次定律可以判断感应电流必定阻碍导体杆的相对运动,所以杆做减速运动,杆的最大速度应该为撤去外力F瞬间的速度。

撤去F之后通过电阻R的电荷量为

q2=

撤去外力F之后,以水平向右为正方向,根据动量定理,则

-BLq2=0-mvm

联立上式得导体杆的最大速度为

vm=6m/s

(4)根据受力分析可知

F-BL=ma

由运动学公式v=at,vm2=2ax

可解得

a=36m/s2

联立上式可得关系式为

F=72t+18(N)

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