如图所示,两平行光滑的金属导轨MN、PQ固定在水平面上,相距为L,处于竖直向下的磁场中,整个磁场由n个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2…n组成,从左向右依次排列,磁感应强

◎ 题目

如图所示,两平行光滑的金属导轨MN、PQ固定在水平面上,相距为L,处于竖直向下的磁场中,整个磁场由n个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2…n组成,从左向右依次排列,磁感应强度的大小分别为B、2B、3B…nB,两导轨左端MP间接入电阻R,一质量为m的金属棒ab垂直于MN、PQ放在水平导轨上,与导轨电接触良好,不计导轨和金属棒的电阻.
(1)对导体棒ab施加水平向右的力,使其从图示位置开始运动并穿过n个磁场区,求导体棒穿越磁场区1的过程中通过电阻R的电量q;
(2)对导体棒ab施加水平向右的恒力F0,让它从磁场区1左侧边界处开始运动,当向右运动距离
x0
2
时做匀速运动,求棒通过磁场区1所用的时间t;
(3)对导体棒ab施加水平向右的拉力,让它从距离磁场区1左侧x=x0的位置由静止开始做匀加速运动,当棒ab进入磁场区1时开始做匀速运动,此后在不同的磁场区施加不同的拉力,使棒ab保持做匀速运动穿过整个磁场区,求棒ab通过第i磁场区时的水平拉力Fi和棒ab在穿过整个磁场区过程中回路产生的电热Q.

魔方格

◎ 答案

(1)电路中产生的感应电动势为:E=
△Φ
△t

通过电阻R的电量为:q=I△t=
E△t
R

导体棒通过I区过程:△Φ=BLx0
解得:q=
BLx0
R

故导体棒穿越磁场区1的过程中通过电阻R的电量:q=
BLx0
R

(2)设导体棒运动时速度为v0,则产生的感应电流为:
I0=
E
R
=
BLv0
R

导体棒受到的安培力与水平向右的恒力F0平衡,则
BI0L=F0
解得:v0=
F0R
B2L2

设棒通过磁场去I在△t时间内速度的变化为△v,对应的位移为△x,则
F0-BIL=m
△v
△t

△v=
F0
m
△t-
B2L2
mR
v△=
F0
m
△t-
B2L2
mR
△x

∑△v=
F0
m
∑△t-
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