如图,相距L=1m、电阻不计的平行光滑长金属导轨固定在绝缘水平面上,两导轨左端间接有阻值R=2Ω的电阻,导轨所在足够长区域内加上与导轨所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大

◎ 题目

如图,相距L=1m、电阻不计的平行光滑长金属导轨固定在绝缘水平面上,两导轨左端间接有阻值R=2Ω的电阻,导轨所在足够长区域内加上与导轨所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小B=1T.现有电阻r=1Ω,质量m=1kg的导体棒ab垂直导轨放置且接触良好,当导体棒ab以速度v=12m/s从边界MN进入磁场后.
(1)求棒ab刚进入磁场时的加速度大小;
(2)棒ab进入磁场一段距离后,速度大小变为6m/s,求从进入磁场到此时的过程中电阻R产生的焦耳热为多少;
(3)求棒ab最终停的位置.

◎ 答案

(1)当导体棒进入磁场切割磁感线时,导体棒受到的安培力:
F=BIL=
B2L2v
R+r

由牛顿第二定律得:
B2L2v
R+r
=ma
代入数据解得:a=4m/s2
(2)对导体棒,由能量守恒定律得:
1
2
mv2=
1
2
mv′2+Q,
在闭合电路中:
Qr
QR
I2r
I2R
=
r
R
=
1
2

电路中的总热量;Q=Qr+QR
代入数据解得:QR=36J;
(3)在导体棒运动的极短时间△t内,从t→△t时间内,多导体棒,由动量定理得:
-F△t=m△v,
安培力:F=
B2L2v
R+r

B2L2v
R+r
△t=m△v,
B2L2
R+r
v△t=m△v,
B2L2
R+r
△x=m△v,
B2L2
R+r
△x
=
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