如圖所示,在方向豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有兩條光滑的平行金屬導(dǎo)軌,其電阻不計(jì),間距為l,導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)方向垂直,ab、cd為兩根垂直導(dǎo)軌放置的、電阻都為R、質(zhì)量都為m的金屬棒,棒cd用最大承受拉力為的水平細(xì)線拉住,棒ab在水平拉力F的作用下由靜止開(kāi)始以加速度a向右做勻加速運(yùn)動(dòng).求:
(1)F隨時(shí)間的變化規(guī)律;
(2)經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間細(xì)線將被拉斷?
(3)若在細(xì)線被拉斷的瞬間撤去拉力F,則棒ab和棒cd的最終速度為多大?
(4)從細(xì)線斷開(kāi)到兩金屬棒達(dá)到最終速度,電路中產(chǎn)生了多少熱量?
解: (1)對(duì)ab進(jìn)行受力分析,ab在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到外力F和安培力作用,由牛頓第二定律有 ,式中 ,而v=at,∴ .(2) 因?yàn)?/FONT>cd受到的安培力與ab受到的安培力大小相等方向相反,所以當(dāng) ,即時(shí),繩子被拉斷.(3) 因?yàn)槔K拉斷時(shí),又撤去外力F,ab減速,cd加速,所以當(dāng)兩者速度達(dá)到相同時(shí),磁通量不變,感應(yīng)電流為零,達(dá)最終速度,撤去F時(shí),ab速度為,由動(dòng)量守恒定律 ,∴.(4) 從撤去F到達(dá)到最終速度過(guò)程中,由能量關(guān)系得電路中產(chǎn)生的熱量 . |
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