试题分析:由题意知:导体棒切割磁感线产生感应电动势,装置下落时,两个金属板分别积聚正、负电荷成为一只带电的平行板电容器,等效为导体棒有感应电流产生,受到安培力的作用,由牛顿第二定律列方程可求解加速度。
设经过时间t时,下落速度为v,电容器的带电荷量为Q,电容器两板之间的电压为U,金属杆切割磁感线产生的感生电动势为E,有:
C=
① (2分)
E=Bdv ② (2分)
U=E ③ (1分)
解得:Q= CBdv ④ (1分)
设在时间间隔(t,t+△t)内流经金属棒的电荷量为△Q,金属棒受到的安培力为F,有:
F=Bid ⑤ (2分)
i=
⑥ (2分)
△Q也是平行板电容器在时间间隔(t,t+△t)内增加的电荷量,由④式得:
△Q= CBd△v ⑦ (2分)
△v为金属棒的速度变化量,有:
a=
⑧ (2分)
对金属棒,有:
mg-F=ma ⑨ (2分)
以上联合求解得:
⑩ (2分)
因为加速度a为常数,所以该装置在磁场中做匀加速直线运动 (1分)