Question

【題目】如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為L＝0．5 m，其電阻不計(jì)，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30°角．完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量均為m＝0．02 kg，電阻均為R＝0．1 Ω，整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0．1 T，棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運(yùn)動(dòng)，而棒cd恰好能夠保持靜止．取g＝10 m/s2，問(wèn)：

(1)通過(guò)棒cd的電流I是多少，方向如何？

(2)棒ab受到的力F多大？

(3)棒cd每產(chǎn)生Q＝1 J的熱量，力F做的功W是多少？

Answer 1

【答案】（1）2A；方向?yàn)橛?/span>d到c． （2）0.2 N．（3）4 J．

【解析】試題分析：（1）對(duì)cd棒受力分析如圖所示由平衡條件得mgsin θ＝BIL

得．

根據(jù)楞次定律可判定通過(guò)棒cd的電流方向?yàn)橛?/span>d到c．

（2）棒ab與cd所受的安培力大小相等，對(duì)ab棒，受力分析如圖所示，由共點(diǎn)力平衡條件知

F＝mgsin θ＋BIL

代入數(shù)據(jù)解得F＝0.2 N．

（3）設(shè)在時(shí)間t內(nèi)棒cd產(chǎn)生Q＝1 J的熱量，由焦耳定律知Q＝I2Rt

設(shè)ab棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度是v，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝BLv

由閉合電路歐姆定律知

時(shí)間t內(nèi)棒ab運(yùn)動(dòng)的位移s＝vt 力F所做的功W＝Fs

綜合上述各式，代入數(shù)據(jù)解得W＝4 J．