Question

如圖所示，在方向豎直向上的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中有兩條光滑固定的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ，導(dǎo)軌足夠長，間距為L，其電阻不計，導(dǎo)軌平面與磁場垂直，ab、cd為兩根垂直于導(dǎo)軌水平放置的金屬棒，其接入回路中的電阻分別為R，質(zhì)量分別為m，與金屬導(dǎo)軌平行的水平細(xì)線一端固定，另一端與cd棒的中點連接，細(xì)線能承受的最大拉力為T，一開始細(xì)線處于伸直狀態(tài)，ab棒在平行導(dǎo)軌的水平拉力F的作用下以加速度a向右做勻加速直線運動，兩根金屬棒運動時始終與導(dǎo)軌接觸良好且與導(dǎo)軌相垂直．
(1)求經(jīng)多長時間細(xì)線被拉斷？
(2)若在細(xì)線被拉斷瞬間撤去拉力F,求兩根金屬棒之間距離增量△x的最大值是多少？

Answer 1

解：(1)ab棒以加速度a向右運動，當(dāng)細(xì)線斷時，ab棒運動的速度為v，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 E= BLv,回路中的感應(yīng)電流為I= E/2R,cd棒受到的安培力為F_B=BIL,經(jīng)t時間細(xì)線被拉斷，得F_B=T,v=at,聯(lián)立解得t=2RT/(B² L²a).(2）細(xì)線斷后，ab棒做減速運動，cd棒做加速運動，兩棒之間的距離增大，當(dāng)兩棒達(dá)相同速度而穩(wěn)定運動時，兩棒之間的距離增量△x達(dá)到最大值，整個過程回路中磁通量的變化量為= BL△x，由動量守恒定律得mv=2m,回路中感應(yīng)電動勢的平均值為,回路中電流的平均值I= E_l /2R,對于cd棒，由動量定理得BIL=m,聯(lián)立解得.