Question

兩根相距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如圖14所示放置，它們各有一邊在水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面．質(zhì)量均為m的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因素相同，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，回路總電阻為2R．整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下以速度v₁沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也正好以速度v₂向下勻速運(yùn)動(dòng)．重力加速度為g．求：
①回路中的電流強(qiáng)度是多少？
②動(dòng)摩擦因素μ是多少？
③拉力F等于多少？

Answer 1

分析：當(dāng)導(dǎo)體棒ab勻速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，切割磁感線（cd運(yùn)動(dòng)時(shí)不切割磁感線），在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使導(dǎo)體棒ab受到水平向左的安培力．導(dǎo)體棒cd受到水平向右的安培力，使導(dǎo)體棒和軌道之間產(chǎn)生彈力，從而使cd受到向上的摩擦力，把力分析清楚，然后根據(jù)受力平衡求解．

解答：解：①導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生沿abdc方向的感應(yīng)電流，大小為：I=

E

2R

=

BLv1

2R

 
②導(dǎo)體ab受到水平向左的安培力，由受力平衡得：BIL+mgμ=F           
導(dǎo)體棒cd運(yùn)動(dòng)時(shí)，在豎直方向受到摩擦力和重力平衡，有：f=BILμ=mg             
聯(lián)立以上各式解得：F=mgμ+

B2L2v1

2R

，μ=

2Rmg

B2L2v1

，
答：①回路中的電流強(qiáng)度是

BLv1

2R

．
②動(dòng)摩擦因素μ是

2Rmg

B2L2v1

．
③拉力F等于mgμ+

B2L2v1

2R

．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及電磁感應(yīng)過(guò)程中的復(fù)雜受力分析，解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律判斷感應(yīng)電流方向，然后根據(jù)安培定則或楞次定律判斷安培力方向，進(jìn)一步根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)列方程求解．