Question

如圖所示，寬度為L(zhǎng)=0.2m的足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在絕緣水平面上，導(dǎo)軌的一端連接阻值為R=1.0Ω的電阻．導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.2T．一根質(zhì)量為m=10g的導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌始終接觸良好，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì)．現(xiàn)用垂直MN的水平拉力F拉動(dòng)導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)，速度為v=5.0m/s，在運(yùn)動(dòng)過程中保持導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌垂直．求：
（1）在閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小I；
（2）作用在導(dǎo)體棒上拉力的大小F；
（3）當(dāng)導(dǎo)體棒移動(dòng)50cm時(shí)撤去拉力，求整個(gè)過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量Q．

Answer 1

分析：（1）由E=BLv求出導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由歐姆定律求出感應(yīng)電流；
（2）由F=BIL求出導(dǎo)體棒受到的安培力，然由平衡條件求出拉力，由P=Fv求出拉力的功率；
（3）由焦耳定律求出導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱，由能量守恒定律求出撤去拉力后產(chǎn)生的焦耳熱，然后求出整個(gè)過程的焦耳熱．

解答：解：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為     E=BLv
E=0.2V
感應(yīng)電流為：I=

E

R

解得：I=0.2A
（2）導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)，安培力與拉力平衡
F=BIL
F=0.008N=8×10^-3N        
（3）導(dǎo)體棒移動(dòng)50cm的時(shí)間為：t=

l

v

根據(jù)焦耳定律：Q₁=I²R t  或Q₁=Fs
Q₁=0.004J
根據(jù)能量守恒：Q2=△EK=

1

2

mv2
Q₂=0.125J
電阻R上產(chǎn)生的熱量：Q=Q₁+Q₂
Q=0.129J      
答：（1）在閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小是0.2 A；
（2）作用在導(dǎo)體棒上的拉力的大小是8×10^-3N；
（3）整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量為0.129J．

點(diǎn)評(píng)：本題難度不大，熟練應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)即可正確解題，最后一問是本題的易錯(cuò)點(diǎn)，要對(duì)兩個(gè)階段分別求焦耳熱．