Question

如圖甲所示，足夠長平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置，傾角為37°，寬度為0.5m，電阻忽略不計(jì)，其上端接一小燈泡，電阻為1Ω．質(zhì)量為0.2kg的導(dǎo)體棒MN垂直于導(dǎo)軌放置，距離頂端1m，接入電路的電阻為1Ω，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5．在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示．先固定導(dǎo)體棒MN，2s后讓MN由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，小燈泡穩(wěn)定發(fā)光．重力加速度g取10m/s²，sin37°=0.6．求
（1）1s時(shí)流過小燈泡的電流大小和方向；
（2）小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時(shí)消耗的電功率；
（3）小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒MN運(yùn)動(dòng)的速度．

Answer 1

（1）由圖知，

△B

△t

=0.4T/s
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得在0-2s內(nèi)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢 E=

△B

△t

S=

0.8

2

×0.5×1V=0.2V
感應(yīng)電流的大小 I=

E

R燈+RMN

=

0.2

1+1

A=0.1A
根據(jù)楞次定律判斷可知，回路中電流的方向沿逆時(shí)針．
（2）、（3）2s后，當(dāng)MN棒勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，設(shè)穩(wěn)定時(shí)速度為v．
則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 E′=BLv
感應(yīng)電流 I′=

E′

R燈+RMN

MN棒所受的安培力大小 F=BI′L，方向沿軌道向上．
聯(lián)立得：F=

B2L2v

R燈+RMN

MN棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力平衡，則有：F+μmgcos37°=mgsin37°
由上兩式得：

B2L2v

R燈+RMN

+μmgcos37°=mgsin37°
將B=0.8T，L=0.5m，R_燈=1Ω，R_MN=1Ω，μ=0.5，m=0.2kg
代入解得：v=5m/s
則得：I′=

E′

R燈+RMN

=

BLv

R燈+RMN

=

0.8×0.5×5

1+1

A=1A
小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時(shí)消耗的電功率 P=I²R_燈=1²×1W=1W
答：（1）1s時(shí)流過小燈泡的電流大小是0.1A，方向逆時(shí)針．（2）小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時(shí)消耗的電功率是1W．（3）小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒MN運(yùn)動(dòng)的速度是5m/s．