足够长且电阻不计的金属光滑导轨MN、PQ水平放置,导轨间距为d,M、P两点间接有阻值为R的电阻,建立平面直角坐标系,坐标轴x,y分别与PQ、PM重合,如图所示.空间存在垂直导轨

◎ 题目

足够长且电阻不计的金属光滑导轨MN、PQ水平放置,导轨间距为d,M、P两点间接有阻值为R的电阻,建立平面直角坐标系,坐标轴x,y分别与PQ、PM重合,如图所示.空间存在垂直导轨平面且范围足够大的磁场,磁场沿x轴的分布规律为B=B0sin(
λ
x)
,其中B0、l 为常数,以竖直向下方向为B 的正方向.一根电阻不计的导体棒AB垂直导轨放置,在与棒垂直的水平外力F的作用下从非常靠近y轴的位置以速度v 匀速向x 轴的正方向运动,运动过程中,棒始终与导轨垂直.求:
(1)导体棒运动到哪些位置,回路中的电流达到最大值;
(2)外力随时间t的变化关系;
(3)导体棒发生上个λ的位移过程中,电阻R上产生的焦耳热.
魔方格

◎ 答案

(1)导体棒切割磁感线产生的感应电动势为E=Bdv
感应电流为 I=
E
R
=
Bdv
R
=
B0dvsin(
λ
x)
R

则知 电流最大时导体棒的位置坐标为 x=
2n-1
4
λ
(n=1,2,3…).
(2)导体棒所受的安培力 F=BId 
导体棒做匀速运动,外力与安培力平衡,则有 F=F=BId
 又 x=vt 
联立得 F=
vd2
R
B20
sin2(
λ
vt)

(3)由I=
dv
R
B0sin
λ
vt
,可知该交流电为正弦交流电,则在导体棒发生一个λ的位移过程中,交流电变化了一个周期.产生的焦耳热为:
  Q=[
dv
R
B0

2
]2R?
λ
v
=
d2
B20
2R

答:
(1)导体棒运动到位置坐标为 x=
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2n-1
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