Question

如圖所示，位于水平面內(nèi)間距為L的光滑平行導(dǎo)軌置于勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌所在平面，導(dǎo)軌左端用導(dǎo)線相連，一質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)體棒兩端放在導(dǎo)軌上，并與之密接．已知導(dǎo)軌單位長度的電阻為r，導(dǎo)線和導(dǎo)體棒的電阻均忽略不計(jì)．從 t=0時(shí)刻起，導(dǎo)體棒在平行于導(dǎo)軌的拉力作用下，從導(dǎo)軌最左端由靜止做加速度為a的勻加速運(yùn)動(dòng)，求：
（1）t時(shí)刻導(dǎo)體棒中的電流I和此時(shí)回路的電功率P；
（2）t時(shí)間內(nèi)拉力做的功．

Answer 1

【答案】分析：（1）導(dǎo)體棒由靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng)，t時(shí)刻速度為v=at，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv，回路中電阻為R=2xr，x=at²．此時(shí)回路的電功率P=I²R．
（2）t時(shí)間內(nèi)拉力和安培力對(duì)導(dǎo)體棒做功，安培力做功Pt，根據(jù)動(dòng)能定理求解t時(shí)間內(nèi)拉力做的功．
解答：解：（1）導(dǎo)體棒由靜止開始做勻加速運(yùn)動(dòng)
在t時(shí)刻導(dǎo)體棒的速度  v=at
位移x=at² 
導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E=BLv
由閉合電路歐姆定律知，導(dǎo)體棒中的電流I=  其中R=2xr
聯(lián)立上式有I=
此時(shí)回路的電功率P=I²R
得P=
（2）對(duì)導(dǎo)體棒，在t時(shí)間內(nèi)運(yùn)用動(dòng)能定理得
 W_F-W_安=mv² 
其中安培力做的功W_安=Pt=
故t時(shí)間內(nèi)拉力做的功W_F=+ma²t²
答：
（1）t時(shí)刻導(dǎo)體棒中的電流I和此時(shí)回路的電功率P是．
（2）t時(shí)間內(nèi)拉力做的功為+ma²t² ．
點(diǎn)評(píng)：此題中導(dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出速度和位移，由E=BLv、I=結(jié)合求解感應(yīng)電流，再求電功率．本題中拉力是變力，運(yùn)用動(dòng)能定理求變力做功．