题目内容

【题目】如图所示,两平行光滑的金属导轨MN、PQ固定在水平面上,相距为L,处于竖直向下的磁场中,整个磁场由n个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2…n组成,从左向右依次排列,磁感应强度的大小分别为B、2B、3B…nB,两导轨左端MP间接入电阻R,一质量为m的金属棒ab垂直于MN、PQ放在水平导轨上,与导轨电接触良好,不计导轨和金属棒的电阻。

(1)对金属棒ab施加水平向右的力,使其从图示位置开始运动并穿过n个磁场区,求棒穿越磁场区1的过程中通过电阻R的电量q。

(2)对金属棒ab施加水平向右的拉力,让它从图示位置由静止开始做匀加速运动,当棒进入磁场区1时开始做匀速运动,速度的大小为v。此后在不同的磁场区施加不同的拉力,使棒保持做匀速运动穿过整个磁场区。取棒在磁场1区左边界为x=0,作出棒ab所受拉力F随位移x变化的图像。

(3)求第(2)中棒通过第i(1≤i≤n)磁场区时的水平拉力Fi和棒在穿过整个磁场区过程中回路产生的电热Q 。(用x0、B、L、m、R、n表示)

【答案】(1) (2)(3) ;

【解析】(1)电路中产生的感应电动势为:E=
通过电阻R的电量为: ,
得到 q=
导体棒通过I区过程:△Φ=BLx0
解得:q=
(2)当棒进入磁场区时开始做匀速运动,拉力与安培力平衡,由安培力公式FA=,则得 拉力F=FA=,作图如图。

(3)设进入I区时拉力为F1,速度v,则有:
F1x0=mv 2 ①
F1=FA=,②
联立①②解得 F1= ,v=
所以 Fi=
Q=F1x0+F2x0…+Fnx0
故Q=(12+22+…n2)

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