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如图所示,水平导轨间距为L左端接有阻值为R的定值电阻,在距左端x处放置一根质量为...

如图所示,水平导轨间距为L左端接有阻值为R的定值电阻,在距左端x处放置一根质量为m、电阻为r的导体棒,导体棒与导轨间无摩擦且始终保持良好接触,导轨的电阻可忽略,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,问:在下列各种情况下,作用在导体棒上的水平拉力F的大小应如何?
(1)磁感应强度为B=B保持恒定,导体棒以速度v向右做匀速直线运动;
(2)磁感应强度为B=B+kt随时间t均匀增强,导体棒保持静止;
(3)磁感应强度为B=B保持恒定,导体棒由静止始以加速度a向右做匀加速直线运动;
(4)磁感应强度为B=B+kt随时间t均匀增强,导体棒以速度v向右做匀速直线运动.

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(1)导体棒切割磁感线运动产生感应电动势和感应电流,根据闭合电路欧姆定律求出感应电流,导体棒在磁场中会受到安培力,当拉力与安培力相等时,导体棒做匀速直线运动.求安培力,即可得到拉力. (2)导体棒保持静止,磁感应强度为B=Bo+kt随时间t均匀增强,产生感应电动势和感应电流,根据法拉第定律和欧姆定律结合求出感应电流,导体棒受拉力和安培力处于平衡.再由平衡条件求得拉力. (3)推导出安培力与速度的关系,由牛顿第二定律求拉力. (4)回路中既有动生电动势,又有感生电动势,根据楞次定律判断可知两个电动势方向相同,相当于电池串联,再求得安培力,即可得解. 【解析】 (1)导体棒切割磁感线运动产生感应电动势E=BLv…① 感应电流为 I=…② 根据平衡条件得:F=BIL=…③ (2)根据法拉第定律得回路中产生的感应电动势 E==Lx…④ 由B=B+kt知 =k…⑤ 得 E=kLx…⑥ 则得 F=BiL=…⑦ (3)t时刻导体棒的速度为 v=at…⑧ 根据牛顿第二定律得 F-BIL=ma…⑨ 则 F=BIL+ma=…⑩ (4)回路中既有动生电动势,又有感生电动势,根据楞次定律判断可知两个电动势方向相同,则回路中总的感应电动势为  E==BLv+kL(x+vt)=(B+kt)Lv+kL(x+vt)…(11) 则 F=BIL=…(12) 答: (1)磁感应强度为B=B保持恒定,导体棒以速度v向右做匀速直线运动时,拉力为. (2)磁感应强度为B=B+kt随时间t均匀增强,导体棒保持静止时,拉力为; (3)磁感应强度为B=B保持恒定,导体棒由静止始以加速度a向右做匀加速直线运动时拉力为. (4)磁感应强度为B=B+kt随时间t均匀增强,导体棒以速度v向右做匀速直线运动时拉力为.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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