题目

题型：不详难度：来源：

（12分）如图所示，间距l＝1m的平行金属导轨和分别固定在两个竖直面内，在水平面区域内和倾角的斜面区域内分别有磁感应强度方向竖直向上和磁感应强度、方向垂直于斜面向上的匀场磁场。电阻、质量的相同导体杆PQ、MN分别垂直放置在导轨上，PQ杆的两端固定在导轨上，离b₁b₂的距离s＝0. 5m。MN杆可沿导轨无摩擦滑动且与导轨始终接触良好，当MN杆沿由静止释放沿导轨向下运动x＝1m时达到最大速度。不计导轨电阻。取g＝10m/s²，求：

（1）当MN杆达到最大速度时，流过PQ杆的电流大小和方向；
（2）从MN杆开始运动直到达到最大速度的过程中，PQ杆中产生的焦耳热；
（3）若保持B₂不变，使B₁发生变化，要使MN杆一直静止在倾斜轨道上，则B₁随时间如何变化?其变化率多大?

答案

（1）0.5A（2）0.246J（3）0.8T

解析

（1）当MN杆达到最大速度时，有   （1分）
（1分）
由图可知，流过PQ杆的电流大小等于流过MN杆的电流大小，也为0. 5A，由右手定则可判断出MN杆切割磁感线产生的电流方向为M指向N，所以流过PQ杆的电流方向为Q指向P。   （方向正确1分）
（2）对MN杆从开始到达到最大速度过程，由动能定理有
   （2分）
当MN杆达到最大速度时，产生的感应电动势
      （1分）
 （1分）
所以PQ杆中产生的焦耳热为   （1分）
（3）要使MN杆一直静止在斜轨上，有I＝0. 5A，E＝0. 4 V，且回路电流为顺时针方向（1分）
由楞次定律可判得B₁随时间均匀增加   （1分）
由法拉第电磁感应定律  求得：（2分）
本题综合考查了牛顿运动定律在电磁感应现象中的应用，能量守恒定律的应用，当导体棒受力平衡时速度最大，重力沿斜面向下的分力等于安培力时速度最大，在此过程中由动能定理，可求得产生的焦耳热，由串并联的关系可知导体棒和电阻产生的焦耳热相同，所以导体棒上的焦耳热为总值的一半