（2006?江蘇）如圖所示，頂角=45°的金屬導(dǎo)軌MON固定在水平面內(nèi)，導(dǎo)軌處在方向豎直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．一根與ON垂直的導(dǎo)體棒在水平外力作用下以恒定速度v0沿導(dǎo)軌MON向右滑動(dòng)，導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長(zhǎng)度的電阻均勻?yàn)閞．導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸點(diǎn)為a和b，導(dǎo)體棒在滑動(dòng)過程中始終保持與導(dǎo)軌良好接觸．t=0時(shí)，導(dǎo)體棒位于頂角O處，求：
（1）t時(shí)刻流過導(dǎo)體棒的電流強(qiáng)度I和電流方向．
（2）導(dǎo)體棒作勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)水平外力F的表達(dá)式．
（3）導(dǎo)體棒在0～t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q．
（4）若在t0時(shí)刻將外力F撤去，導(dǎo)體棒最終在導(dǎo)軌上靜止時(shí)的坐標(biāo)x．
分析：（1）求出t時(shí)刻導(dǎo)體棒的有效長(zhǎng)度，結(jié)合切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和閉合電路歐姆定律求出電流強(qiáng)度的大小，根據(jù)右手定則求出電流的方向．
（2）當(dāng)導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，水平外力等于安培力，根據(jù)平衡求出水平拉力的表達(dá)式．
（3）導(dǎo)體棒在0～t時(shí)間內(nèi)電流大小恒定，抓住R與時(shí)間正比，通過平均功率，根據(jù)Q=Pt求出產(chǎn)生的焦耳熱Q．
（4）根據(jù)動(dòng)量定理，結(jié)合微分思想、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出在t0時(shí)刻將外力F撤去，導(dǎo)體棒最終在導(dǎo)軌上靜止時(shí)的坐標(biāo)x．
解答：解：（1）0到t時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體棒的位移x=v0t
t時(shí)刻，導(dǎo)體棒長(zhǎng)度l=x
導(dǎo)體棒的電動(dòng)勢(shì) E=Blv0
回路總電阻 R=（2x+
2
x）r
電流強(qiáng)度   I=
E
R
=
Bv0
(2+
2
)r

電流方向?yàn)閎到a．
（2）勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，安培力等于拉力．
F=BlI=
B2
v
2
0
t
(2+
2
)r

（3）t時(shí)刻導(dǎo)體棒的電功率  P=I2R′
由于I恒定，R′=v0rt正比于t
因此
.
P
=I2
.
R
=
1
2
I2 R′
Q=
.
P
t=
B2v 03 t2
2(2+
2
)2r

（4）撤去外力后，設(shè)任意時(shí)刻t導(dǎo)體棒的坐標(biāo)為x，速度為v，取很短時(shí)間△t或很短距離△x

在t～t+△t時(shí)間內(nèi)，由動(dòng)量定理得
BlI△t=m△v∑
B2
(2+
2
)r
（lv△t）=∑m△v=
B2
(2+
2
)r
△S=mv0
掃過面積△S=
(x0+x)(x-x0)
2
=
x2-
x
2
0
2
（x0=v0t0）得
x=
2(2+
2
)mv0r
B2 
+(v0t0)2

或設(shè)滑行距離為d
則△S=
v0t0+(v0t0+d)
2
d
即d2+2v0t0d-2△S=0
解之 d=-v0t0+
2△S+(v0t0)2

得x=v0t0+d=
2△S+(v0t0)2
=
2(2+
2
)mv0r
B2 
+(v0t0)2

答：（1）t時(shí)刻流過導(dǎo)體棒的電流強(qiáng)度I為
Bv0
(2+
2
)r
，電流方向?yàn)閎到a．
（2）導(dǎo)體棒作勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)水平外力F的表達(dá)式為F=
B2
v
2
0
t
(2+
2
)r
．
（3）導(dǎo)體棒在0～t時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q=
B2v 03 t2
2(2+
2
)2r
．
（4）導(dǎo)體棒最終在導(dǎo)軌上靜止時(shí)的坐標(biāo)x=
2(2+
2
)mv0r
B2 
+(v0t0)2
．
點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了切割產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、閉合電路歐姆定律、牛頓第二定律等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，尤其在第四問，對(duì)學(xué)生能力要求較高．
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

（2006?江蘇）如圖所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)．P是滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭，U1為加在原線圈兩端的交變電壓，I1、I2分別為原線圈和副線圈中的電流．下列說法正確的是（　�。�

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

（2006?江蘇）如圖所示，用兩根同樣的絕緣細(xì)線把甲、乙兩個(gè)質(zhì)量相等的帶電小球懸掛在同一點(diǎn)上，甲、乙兩球均處于靜止?fàn)顟B(tài)．已知兩球帶同種電荷，且甲球的電荷量大于乙球的電荷量，F(xiàn)1、F2分別表示甲、乙兩球所受的庫侖力，則下列說法中正確的是（　�。�

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

（2006?江蘇）如圖所示，平行板電容器兩極板間有場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，且?guī)д姷臉O板接地．一質(zhì)量為m，電荷量為+q的帶電粒子（不計(jì)重力）從x軸上坐標(biāo)為x0處靜止釋放．
（1）求該粒子在x0處電勢(shì)能Epx0．
（2）試從牛頓第二定律出發(fā)，證明該帶電粒子在極板間運(yùn)動(dòng)過程中，其動(dòng)能與電勢(shì)能之和保持不變．

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案