如图甲所示,固定于水平桌面上的金属导轨abcd足够长,金属棒ef搁在导轨上,可无摩擦地滑动,此时bcfe构成一个边长为l的正方形.金属棒的电阻为r,其余部分的电阻不计.在t=0的

◎ 题目

如图甲所示,固定于水平桌面上的金属导轨abcd足够长,金属棒ef搁在导轨上,可无摩擦地滑动,此时bcfe构成一个边长为l的正方形.金属棒的电阻为r,其余部分的电阻不计.在t=0的时刻,导轨间加一竖直向下的磁场,磁感应强度随时间的变化如图乙所示.为使金属棒ef在0-t1保持静止,在金属棒ef上施加一水平拉力F,从t1时刻起保持此时的水平拉力F不变,金属棒ef在导轨上运动了s后刚好达到最大速度,求:
(1)在t=
t1
2
时刻该水平拉力F的大小和方向;
(2)金属棒ef在导轨上运动的最大速度;
(3)从t=0开始到金属棒ef达到最大速度的过程中,金属棒ef中产生的热量.

魔方格

◎ 答案

(1)
t1
2
时刻,感应电动势E=
△B
△t
S=
B1l2
t1

导体棒受到的安培力F=
B1
2
?I?l=
B1
2
?
B1l2
t1
r
?l=
B21
l3
2rt1

由楞次定律可知,感应电流从f流向e,由左手定则可知,导体棒受到的安培力向左;
由平衡条件可知,此时水平拉力F=
B21
l3
2rt1
,方向水平向右;
(2)导体棒切割磁感线产生感应电动势,
当金属棒的速度最大时,感应电动势E′=B1lvm
此时导体棒受到的安培力F=B1?
B1lvm
r
?l

此时水平拉力F′=2×
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