Question

【題目】許多電磁現(xiàn)象可以用力的觀點來分析，也可以用動量、能量等觀點來分析和解釋。

（1）如圖1所示，足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌間距為L ，一端連接阻值為R的電阻。導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。質(zhì)量為m、電阻為r的導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上，其長度恰好等于導(dǎo)軌間距，與導(dǎo)軌接觸良好。在平行于導(dǎo)軌、大小為F的水平恒力作用下，導(dǎo)體棒從靜止開始沿導(dǎo)軌向右運動。

a．當(dāng)導(dǎo)體棒運動的速度為v時，求其加速度a的大小；

b．已知導(dǎo)體棒從靜止到速度達到穩(wěn)定所經(jīng)歷的時間為t，求這段時間內(nèi)流經(jīng)導(dǎo)體棒某一橫截面的電荷量q．

（2）在如圖2所示的閉合電路中，設(shè)電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，外電阻為R，其余電阻不計，電路中的電流為I。請你根據(jù)電動勢的定義并結(jié)合能量轉(zhuǎn)化與守恒定律證明：。

Answer 1

【答案】（1） ； ；（2）見解析。

【解析】

試題分析：（1）a．當(dāng)導(dǎo)體棒運動的速度為v時，

電路中的感應(yīng)電動勢為 ① 電流為 ②

導(dǎo)體棒所受的安培力為 ③

根據(jù)牛頓第二定律可得： ④

聯(lián)立①②③④式可得： ⑤ （7分）

b．設(shè)導(dǎo)體棒運動穩(wěn)定的速度為vm，令⑤式中的，v=vm ， 可得： ⑥

設(shè)某段極短的時間內(nèi)，電路的電流為i，則安培力在這段時間內(nèi)的沖量為BiL，在時間t內(nèi)，根據(jù)動量定理有： ⑦

其中， ⑧

聯(lián)立⑥⑦⑧式可得： （6分）

（2）根據(jù)電動勢的定義有： ⑨

在時間t 內(nèi)通過電路的電荷量為：q=It ⑩

根據(jù)能量守恒定律，非靜電力做的功應(yīng)該等于內(nèi)外電路產(chǎn)生焦耳熱的總和。

即： W非 = Q外+Q內(nèi)

在時間t內(nèi)：Q外= I2Rt Q內(nèi)= I2rt

聯(lián)立⑨⑩ 式可得：EIt = I2Rt+I2rt

整理后可得： （5分）