Question

在水平面上平行放置著兩根長度均為L的金屬導(dǎo)軌MN和PQ，導(dǎo)軌間距為d，導(dǎo)軌和電路的連接如圖12-64所示.在導(dǎo)軌的MP端放置著一根金屬棒，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好.空間中存在豎直向上方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.將開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，電壓表和電流表的示數(shù)分別為U₁和I₁，金屬棒仍處于靜止?fàn)顟B(tài)；再將開關(guān)S₂閉合，電壓表和電流表的示數(shù)分別為U₂和I₂，金屬棒在導(dǎo)軌上由靜止開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直.設(shè)金屬棒的質(zhì)量為m，金屬棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.忽略導(dǎo)軌的電阻以及金屬棒運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，重力加速度為g.求：

圖12-64

（1）金屬棒到達(dá)NQ端時(shí)的速度大��；

（2）金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的過程中，電流在金屬棒中產(chǎn)生的熱量.

Answer 1

（1）  (2)

解析:

（1）當(dāng)通過金屬棒的電流為I₂時(shí)，金屬棒在導(dǎo)軌上做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律，BdI₂-μmg=ma.

設(shè)金屬棒到達(dá)NQ端時(shí)的速度為v，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，v²=2aL．

由以上兩式解得：v=.

（2）當(dāng)金屬棒靜止不動(dòng)時(shí)，金屬棒的電阻r=，設(shè)金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，電流在金屬棒中產(chǎn)生的熱量為Q，根據(jù)焦耳定律，Q=I²rt.

根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，L=，將（1）的結(jié)果代入，解得Q=.