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如圖所示，兩根足夠長的固定的平行金屬導軌位于同一水平面內，兩導軌間的距離為L，導軌上面橫放著兩根導體棒ab和cd，構成矩形回路，兩根導體棒的質量皆為m，電阻皆為R，回路中其余部分的電阻可不計．在整個導軌平面內都有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度為B．設兩導體棒均可沿導軌無摩擦地滑行，開始時，棒cd靜止，棒ab有指向棒cd的初速度v，若兩導體棒在運動中始終不接觸，求：
（1）在運動中產生的焦耳熱最多是多少？
（2）當ab棒的速度變?yōu)槌跛俣鹊?/4時，cd棒的加速度是多少？

【答案】分析：本題中兩根導體棒的運動情況：ab棒向cd棒運動時，兩棒和導軌構成的回路面積變小，磁通量發(fā)生變化，于是產生感應電流．ab棒受到的與運動方向相反的安培力作用作減速運動，cd棒則在安培力作用下作加速運動．在ab棒的速度大于cd棒的速度時，回路總有感應電流，ab棒繼續(xù)減速，cd棒繼續(xù)加速，兩棒速度達到相同后，回路面積保持不變，磁通量不變化，不產生感應電流，兩棒以相同的速度v作勻速運動，由于平行金屬導軌位于同一水平面且兩棒均可沿導軌無摩擦地滑行，故由兩棒組成的系統(tǒng)所受的合外力為零，系統(tǒng)動量守恒mv=2mv，，這是第一問再由能量守恒求出焦耳熱的關鍵；第二問設ab棒的速度變?yōu)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic6/res/gzwl/web/STSource/20131029193807101346346/SYS201310291938071013463013_DA/1.png">時，cd棒的速度為v'，先由動量守恒求得，再由動生電動勢公式E=BLv確定回路總電動勢 ，電路知識回路中的電流為 ，磁場知識通電導線在磁場中受安培力F=BIL，確定此時cd棒所受的安培力為 ，最后由牛頓第二定律F=ma求出cd棒的加速度．
解答：解：（1）從開始到兩棒達到相同速度v的過程中，兩棒的總動量守恒，有 mv=2mv，
根據(jù)能量守恒定律，整個過程中產生的焦耳熱 
在運動中產生的焦耳熱最多是
（2）設ab棒的速度變?yōu)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic6/res/gzwl/web/STSource/20131029193807101346346/SYS201310291938071013463013_DA/10.png">時，cd棒的速度為v'，則由動量守恒可知解得
此時回路中的電動勢為 
此時回路中的電流為 
此時cd棒所受的安培力為 
由牛頓第二定律可得，cd棒的加速度
cd棒的加速度大小是，方向是水平向右．
點評：第一問是動量守恒定律、牛頓第二定律及能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的應用問題，分析兩棒組成的系統(tǒng)在運動過程中是不是合外力為零或者內力遠大于外力的系統(tǒng)總動量守恒的條件，從而為確定兩棒最后的末速度找到解決途徑是關鍵，之后分析這類電磁感應現(xiàn)象中的能量轉化較易：系統(tǒng)減少的動能轉化為回路的焦耳熱；第二問求棒的瞬時加速度問題較為復雜：是動生電動勢、動量守恒定律、牛頓第二定律及閉合電路歐姆定律綜合的力電綜合問題，故本題屬于難題．
練習冊系列答案
相關習題

科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，兩根足夠長的光滑金屬導軌MN、PQ平行放置，導軌平面與水平面的夾角為θ，導軌的下端接有電阻．當導軌所在空間沒有磁場時，使導體棒ab以平行導軌平面的初速度v0沖上導軌平面，ab上升的最大高度為H；當導軌所在空間存在方向與導軌平面垂直的勻強磁場時，再次使ab以相同的初速度從同一位置沖上導軌平面，ab上升的最大高度為h．兩次運動中導體棒ab始終與兩導軌垂直且接觸良好．關于上述情景，下列說法中正確的是（　　）

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網如圖所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導軌MN、PQ與水平面的夾角為α=30°，導軌電阻不計，導軌處在垂直導軌平面斜向上的有界勻強磁場中．兩根電阻都為R=2Ω、質量都為m=0.2kg的完全相同的細金屬棒ab和cd垂直導軌并排靠緊的放置在導軌上，與磁場上邊界距離為x=1.6m，有界勻強磁場寬度為3x=4.8m．先將金屬棒ab由靜止釋放，金屬棒ab剛進入磁場就恰好做勻速運動，此時立即由靜止釋放金屬棒cd，金屬棒cd在出磁場前已做勻速運動．兩金屬棒在下滑過程中與導軌接觸始終良好（取重力加速度g=10m/s2）．求：
（1）金屬棒ab剛進入磁場時棒中電流I；
（2）金屬棒cd在磁場中運動的過程中通過回路某一截面的電量q；
（3）兩根金屬棒全部通過磁場的過程中回路產生的焦耳熱Q．

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，兩根足夠長的固定平行金屬導軌位于同一水平面內，導軌間的距離為L，導軌上橫放著兩根導體棒ab和cd．設兩根導體棒的質量皆為m，電阻皆為R，導軌光滑且電阻不計，在整個導軌平面內都有豎直向上的勻強磁場，磁感強度為B．開始時ab和cd兩導體棒有方向相反的水平初速，初速大小分別為v0和2v0，求：
（1）從開始到最終穩(wěn)定回路中產生的焦耳熱．
（2）當ab棒的速度大小變?yōu)?span id="bttlrxl" class="MathJye" mathtag="math" style="whiteSpace:nowrap;wordSpacing:normal;wordWrap:normal">
v04
，回路中消耗的電功率的可能值．

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網如圖所示，兩根足夠長且平行的光滑金屬導軌與水平面成53°夾角固定放置，導軌間連接一阻值為6Ω的電阻R，導軌電阻忽略不計．在兩平行虛線m、n間有一與導軌所在平面垂直、磁感應強度為B的勻強磁場．導體棒a的質量為ma=0.4kg，電阻Ra=3Ω；導體棒b的質量為mb=0.1kg，電阻Rb=6Ω；它們分別垂直導軌放置并始終與導軌接觸良好．a、b從開始相距L0=0.5m處同時將它們由靜止開始釋放，運動過程中它們都能勻速穿過磁場區(qū)域，當b剛穿出磁場時，a正好進入磁場（g取10m/s2，不計a、b之間電流的相互作用）．求：
（1）當a、b分別穿越磁場的過程中，通過R的電荷量之比；
（2）在穿越磁場的過程中，a、b兩導體棒勻速運動的速度大小之比；
（3）磁場區(qū)域沿導軌方向的寬度d為多大；
（4）在整個過程中，產生的總焦耳熱．

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2011?湖南模擬）如圖所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導軌相距為l=0.5m，導軌平面與水平面間的夾角θ=30°，整個導軌平面處于勻強磁場中，磁場的磁感應強度大小B=0.4T，方向垂直導軌平面，在導軌上垂直導軌放置兩金屬棒ab和cd，長度均為0 5m，cd棒的質量m=0.2kg、電阻R=0.2Ω，不計ab棒和金屬導軌的電阻，兩棒與金屬導軌接觸良好且可沿導軌自由滑動．現(xiàn)ab棒在外力作用下，始終以恒定速度v=1.5m/s沿著導軌向上滑動，cd棒則由靜止釋放，g取10m/s2．求：
（1）剛釋放cd棒時cd棒所受合力的大小和方向；
（2）閉合回路中的最大電流和金屬棒cd的最終速度．

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