Question

如圖所示，兩條光滑的金屬導軌相距L=lm，其中MN段平行于PQ段，位于同一水平面內(nèi)，NN₀段與QQ₀段平行，位于與水平面成傾角37°的斜面內(nèi)，且MNN₀與PQQ₀均在豎直平面內(nèi)．在水平導軌區(qū)域和傾斜導軌區(qū)域內(nèi)分別有垂直于水平面和斜面的勻強磁場B₁和B₂，且B₁=B₂=0.5T．a(chǎn)b和cd是質(zhì)量均為m=0.1kg、電阻均為R=4Ω的兩根金屬棒，ab置于水平導軌上，ab置于傾斜導軌上，均與導軌垂直且接觸良好．從t=0時刻起，ab棒在外力作用下由靜止開始沿水平方向向右運動（ab棒始終在水平導軌上運動，且垂直于水平導軌），cd受到F=0.6-0.25t（N）沿斜面向上的力的作用，始終處于靜止狀態(tài)．不計導軌的電阻．（sin37°=0.6）
（1）求流過cd棒的電流強度I_cd隨時間t變化的函數(shù)關(guān)系：
（2）求ab棒在水平導軌上運動的速度v_ab隨時間t變化的函數(shù)關(guān)系；
（3）求從t=0時刻起，1.0s內(nèi)通過ab棒的電荷量q；
（4）若t=0時刻起，l.0s內(nèi)作用在ab棒上的外力做功為W=16J，求這段時間內(nèi)cd棒產(chǎn)生的焦耳熱Q_cd．

Answer 1

分析：（1）對CD棒進行受力分析，寫出平衡方程．（2）ab上產(chǎn)生的電動勢E=BLv，先求出電動勢隨時間的變化，再求v隨時間的變化．（3）通過ab棒的電荷量q=

.

I

t=

△φ

R

．

解答：解：（1）cd棒處于平衡狀態(tài)，沿斜面的方向：F+Fcd=mgsin370
又：F_cd=BI_cdL
得：I_cd=0.5t（A）
（2）ab棒中的電流：I_ab=I_cd=0.5t（A）
則回路中電源的電動勢：E=I_cdR_總
ab棒切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢為：E=BLv_ab
解得：ab棒的速度：v_ab=8t
所以．a(chǎn)b棒做初速度為0 的勻加速直線運動．
（3）由上公式可知，ab棒的加速度：a=8m/s，1.0s內(nèi)的位移為：S=

1

2

at2=

1

2

×8×1．02=4m
根據(jù)：φ

.

I

=

E

R總

=

△φ

R總t

=

BLS

R總t

得：q=

.

I

t=

BLS

R總

=0.25c
（4）t=1.0s時，ab棒的速度：v_ab=8t=8m/s
根據(jù)動能定理：W-W安=

1

2

mv2-0
1.0s內(nèi)克服安培力做的功：W安=W-

1

2

mv2=16-

1

2

×0.1×82=12.8J
即，回路中產(chǎn)生的焦耳熱：Q=W_安=12.8J
cd棒上產(chǎn)生的焦耳熱和ab產(chǎn)生的熱相等，故：Qcd=

1

2

Q=6.4J．
答：（1）流過cd棒的電流強度I_cd隨時間t變化的函數(shù)關(guān)系Icd=0.5t；（2）ab棒在水平導軌上運動的速度v_ab隨時間t變化的函數(shù)關(guān)系v_ab=8t；
（3）1.0s內(nèi)通過ab棒的電荷量是0.25c；（4）cd棒上產(chǎn)生的焦耳熱是6.4J．

點評：本題考查導體棒切割磁感線時產(chǎn)生的電動勢的應用、流過導體棒的電量，和在電磁感應中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，對該知識點的考查非常全面．解決這類題目，要求有較強的綜合能力．屬于較難的題目．