Question

20．如圖，軌道平面為水平面的光滑水平軌道，軌道間距d=0.5m．垂直于軌道平面的勻強磁場，磁感應強度B=0.8T．一電阻r=2Ω的導體桿AB與軌道保持良好接觸，軌道左端皆有“6V3W”的燈泡．水平外力F作用于桿，使桿由靜止開始運動，穩(wěn)定后燈泡正常發(fā)光，試討論：（金屬導軌電阻不計）
（1）此時導體桿上感應電流的方向和大小
（2）該水平外力F有多大？
（3）該桿達到穩(wěn)定后速度多大？

Answer 1

分析 （1）導體桿運動穩(wěn)定后，燈泡正常發(fā)光，由P=UI求感應電流的大小，由右手定則判斷感應電流的方向．
（2）根據(jù)F=BId求出桿所受的安培力，再再由受力平衡可確定拉力的大�。�
（3）桿做勻速運動，由E=BLv和閉合電路歐姆定律結合可求出桿運動的速度．

解答 解：（1）此時導體桿上感應電流的大小等于燈泡的額定電流，為 I=$\frac{P}{U}$=$\frac{3}{6}$=0.5A
由右手定則判斷知，桿上感應電流方向向上．
（2）穩(wěn)定時，導體桿做勻速運動，滿足：F=F_安
作用在導體桿上的拉力為：F=BId=0.8×0.5×0.4=0.16N
（3）桿產(chǎn)生的感應電動勢為 E=U+Ir=6+0.5×2=7V
由E=Bdv得，v=$\frac{E}{Bd}$=$\frac{7}{0.8×0.5}$=17.5m/s
答：（1）此時導體桿上感應電流的方向向上，大小是0.5A．
（2）該水平外力F有0.16N．
（3）該桿達到穩(wěn)定后速度是17.5m/s．

點評 本題是導體在導軌上運動類型，關鍵掌握電磁感應中基本規(guī)律：法拉第電磁感應定律、閉合電路歐姆定律、安培力公式，并能綜合研究．