Question

【題目】一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)，垂直于一軌距為l的導(dǎo)軌（導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)）軌道與水平面有的切角，一根無(wú)摩擦的導(dǎo)體棒，質(zhì)量為m，橫跨在兩根導(dǎo)軌上，如圖所示。如果由導(dǎo)體棒和軌道組成的電路在以下幾種不同情況下被閉合，當(dāng)從靜止開(kāi)始放開(kāi)導(dǎo)體棒后，棒將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)呢?（除電阻R外，其余電路的電阻都忽略不計(jì)，電磁輻射忽略不計(jì)，線圈的自感電動(dòng)勢(shì)）

(1)一個(gè)阻值為R的電阻；

(2)一個(gè)電容為C的電容；

(3)一個(gè)電感為L的線圈。

Answer 1

【答案】見(jiàn)解析

【解析】

導(dǎo)體棒在重力作用下會(huì)沿斜面加速下滑。棒下滑時(shí)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

(1)由導(dǎo)體棒和軌道組成的電路有一個(gè)阻值為R的電阻時(shí)，根據(jù)閉合電路歐姆定律有

產(chǎn)生感應(yīng)電流后導(dǎo)體棒受到沿斜面向上的安培力的作用，在沿斜面方向根據(jù)牛頓第二定律定律有：

而導(dǎo)體棒受的安培力

所以

隨著下滑速度的增大，F安增大，因此加速度會(huì)減小，當(dāng)安培力等于重力的下滑分力時(shí)，加速度為零，棒做勻速運(yùn)動(dòng)。

(2)由導(dǎo)體棒和軌道組成的電路有一個(gè)電容為C的電容時(shí)，電路中的電流為

則導(dǎo)體棒的加速度為：

整理得：

即導(dǎo)體棒一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

(3) 由導(dǎo)體棒和軌道組成的電路有一個(gè)電感為L的線圈時(shí)，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)

因?yàn)?/span>時(shí)，，則：

對(duì)導(dǎo)體棒，根據(jù)牛頓第二定律有：

取下滑加速度為零的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，則

所以純電感電路無(wú)穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)體棒和電流均做周期為的周期性變化

振動(dòng)方程為