Question

兩條彼此平行、間距為l=0.5m的光滑金屬導(dǎo)軌水平固定放置，導(dǎo)軌左端接一電阻，其阻值R=2Ω，右端接阻值R_L=4Ω的小燈泡，如下面左圖所示．在導(dǎo)軌的MNQP矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，MP的長(zhǎng)d=2m，MNQP區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系如下面右圖所示．垂直導(dǎo)軌跨接一金屬桿，金屬桿的電阻r=2Ω，兩導(dǎo)軌電阻不計(jì)．在t=0時(shí)刻，用水平力F拉金屬桿，使金屬桿由靜止開始從GH位置向右運(yùn)動(dòng)．在金屬桿從GH位置運(yùn)動(dòng)到PQ位置的過程中，小燈泡的亮度一直沒有變化．求：
（1）通過小燈泡的電流I_L
（2）水平恒力的F的大小

Answer 1

【答案】分析：（1）前4秒內(nèi)，磁場(chǎng)變化產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求解出電動(dòng)勢(shì)，再根據(jù)閉合電路歐姆定律求解電流；
（2）4s-8s內(nèi)，棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)；先根據(jù)歐姆定律求解出電動(dòng)勢(shì)，再根據(jù)
解答：解：（1）在力F作用下，棒未進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，磁場(chǎng)變化導(dǎo)致電路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，電路為R與r并聯(lián)，再與R_L串聯(lián)，故
R_總=
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

（2）由燈泡亮度一直不變，可以知道t=4s時(shí)，棒剛好進(jìn)入磁場(chǎng)，且進(jìn)入磁場(chǎng)后勻速運(yùn)動(dòng)                      
棒進(jìn)入磁場(chǎng)后，棒為電源，電路為R與R_L并聯(lián)，再與r串聯(lián)，
由I_L?R_L=I_R?R
得I_R=0.2A
總電流I=0.3A  
棒勻速運(yùn)動(dòng)，因此F=F_安=BIL=0.3N；
答：（1）通過小燈泡的電流為0.1A；
（2）水平恒力的F的大小為0.3N．
點(diǎn)評(píng)：本題關(guān)鍵是理清電路結(jié)構(gòu)，通過法拉第電磁感應(yīng)定律求解出電動(dòng)勢(shì)后，再結(jié)合題意分析得出合力的情況．