Question

【題目】相距的兩平行金屬導(dǎo)軌、固定在水平面上，兩導(dǎo)軌左端連接阻值為的電阻。導(dǎo)軌所在處的空間分布一系列磁場區(qū)域，如圖甲所示，每個(gè)磁場區(qū)的寬度和相鄰磁場區(qū)的間距均為，每個(gè)磁場區(qū)內(nèi)的磁場均為勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直軌道平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度從左到右依次記為、、、…、，隨時(shí)間變化的圖像如圖乙所示，其它磁場保持不變，規(guī)定磁場方向豎直向下為正方向。一質(zhì)量為、阻值為的導(dǎo)體棒垂直放置于導(dǎo)軌左端，在垂直于導(dǎo)體棒的水平恒定拉力作用下，從靜止開始向右運(yùn)動，經(jīng)過時(shí)間離開磁場，離開時(shí)速度為，此時(shí)撤去拉力，導(dǎo)體棒繼續(xù)向右運(yùn)動。已知在無磁場區(qū)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為0.5，有磁場區(qū)導(dǎo)軌光滑，導(dǎo)體棒在磁場區(qū)內(nèi)的運(yùn)動均為勻速運(yùn)動（磁場區(qū)除外），最終穿過磁場區(qū)后停下。不計(jì)導(dǎo)軌電阻，求：

（1）導(dǎo)體棒在磁場區(qū)運(yùn)動過程中受到的拉力大小；

（2）最后穿過的磁場區(qū)的值及其磁感應(yīng)強(qiáng)度大��；

（3）導(dǎo)體棒在整個(gè)運(yùn)動過程中電阻產(chǎn)生的焦耳熱。

Answer 1

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】

（1）導(dǎo)體棒在磁場運(yùn)動過程中，根據(jù)動量定理，有

其中

解得

（2）設(shè)導(dǎo)體棒在磁場中勻速運(yùn)動的速度為，有

代入數(shù)據(jù)，得

若，解得

故取

勻速運(yùn)動時(shí)，電路中沒有感應(yīng)電流，回路的磁通量不變，有

解得

（3）導(dǎo)體棒在磁場運(yùn)動過程中，根據(jù)動能定理，有

解得

導(dǎo)體棒在無磁場區(qū)運(yùn)動的總時(shí)間為

導(dǎo)體棒在無磁場區(qū)的電流為

感應(yīng)電動勢

電阻產(chǎn)生的焦耳熱為

解得

所以，導(dǎo)體棒在整個(gè)運(yùn)動過程中電阻產(chǎn)生的焦耳熱