Question

如圖，寬度為L，足夠長的光滑傾斜導(dǎo)軌與水平面間夾角為θ，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于導(dǎo)軌向上，范圍足夠大，導(dǎo)軌的上端有一個阻值為R的電阻，下端有一個阻值為2R的電阻導(dǎo)軌電阻不計．金屬棒ab長為L，質(zhì)量m，電阻也為R，垂直地放在導(dǎo)軌上．在某一平行于導(dǎo)軌向上的恒力（圖中未畫出）的作用下，ab棒從靜止開始沿導(dǎo)軌向上運動，最后達(dá)到穩(wěn)定的運動狀態(tài)．整個過程中，通過斜面底端電阻2R的最大電流為I，求：
（1）求通過ab棒的最大電流；
（2）ab棒的最大加速度；
（3）ab棒的最大速度．

Answer 1

分析：ab棒在恒力F的作用下沿導(dǎo)軌向上先做加速度a逐漸減小的加速運動，后做勻速運動，速度達(dá)到最大，此時回路中感應(yīng)電流最大．根據(jù)串并聯(lián)關(guān)系，求出ab棒的最大電流．根據(jù)牛頓定律求解最大加速度，由力平衡求最大速度．

解答：解：（1）ab棒在外力F的作用下沿導(dǎo)軌向上先做加速度a逐漸減小的加速運動，當(dāng)a=0時，做勻速運動，
           速度v=v_m最大，此時電流也最大．
         由電路結(jié)構(gòu)知，此時，通過ab棒的電流為3I     
    （2）剛開始時，v=0，感應(yīng)電流I=0，導(dǎo)體不受安培力，a=a_m最大，
           F-mgsinθ=ma_m     
          當(dāng)速度v=v_m時，有F-3BIL-mgsinθ=0      
          得F=BIL+mgsinθ  
            解得a_m=

3BIL

m

   （3）a=0時，v=v_m，ab棒的電動勢E=BLv_m 
        又E=3I（

2R?R

2R+R

+R）=5IR
          可得v_m=

5IR

BL

點評：本題是電磁感應(yīng)與電路、力學(xué)知識的綜合，綜合性較強(qiáng)，既要用牛頓定律分析運動過程，又要用分析電路結(jié)構(gòu)，研究電流關(guān)系．