Question

如圖甲所示，兩根足夠長、電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為L₁＝2m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ＝30°角，上端連接阻值R＝1.5Ω的電阻；質(zhì)量為m＝0.4kg、阻值r＝0.5Ω的勻質(zhì)金屬棒ab放在兩導(dǎo)軌上，距離導(dǎo)軌最上端為L₂＝4m，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。整個(gè)裝置處于一勻強(qiáng)磁場中，該勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示。（g=10m/s²）

（1）保持ab棒靜止，在0～4s內(nèi)，通過金屬棒ab的電流大小和方向；

（2）為了保持ab棒靜止，需要在棒的中點(diǎn)施加一垂直于棒且平行于導(dǎo)軌平面的外力F，求2s時(shí)外力F的大小和方向；

（3）5s后撤去外力，金屬棒由靜止開始向下滑動(dòng)，滑行1.1m恰好勻速運(yùn)動(dòng)，求在此過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。

Answer 1

【答案】（1）1A   b→a  （2）1N 方向平行于導(dǎo)軌平面向上  （3）1.5J
【解析】
試題分析：（1）在0～4s內(nèi)，由法拉第電磁感應(yīng)定律：  ①             

由閉合電路歐姆定律：                       ②                       

根據(jù)楞次定律   方向由b→a                               ③                      

（2）當(dāng)t＝2s時(shí)，ab棒受到沿斜面向上的安培力

                                          ④                

對ab棒受力分析，由平衡條件：

                                   ⑤                 

方向平行于導(dǎo)軌平面向上                                   ⑥