两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与水平和竖直

◎ 题目

两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与水平和竖直导轨之间有相同的动摩擦因数μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R. 整个装置处于磁感应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨匀速运动时,cd杆也正好以某一速度向下做匀速运动.设运动过程中金属细杆ab、cd与导轨接触良好.重力加速度为g.求:
(1)ab杆匀速运动的速度v1
(2)ab杆所受拉力F,
(3)ab杆以v1匀速运动时,cd杆 以v2(v2已知)匀速运动,则在cd杆向下运动h过程中,整个回路中产生的焦耳热为多少?
魔方格

◎ 答案

(1)ab杆向右运动时,ab杆中产生的感应电动势方向为a→b,
大小为E=BLv1
cd杆中的感应电流方向为d→c.cd杆受到的安培力方向水平向右       
安培力大小为F=BIL=BL
BLv1
2R
=
B2L2v1
2R

cd杆向下匀速运动,有mg=μF
解①、②两式,ab杆匀速运动的速度为v1=
2Rmg
μB2L2

(2)ab杆所受拉力F=F+μmg=
B2L2v1
2R
+μmg=(
1+μ2
μ
)mg④
1+μ2
μ
mg

(3)设cd杆以v2速度向下运动h过程中,ab杆匀速运动了s距离
s
v1
=
h
v2
=t∴s=
hv1
v2

整个回路中产生的焦耳热等于克服安培力所做的功
解得:Q=Fs=
B2L2v1s
2R
=
B2L2v1
2R
?
hv1
v2
=
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