试题难度:难度:中档 试题类型:问答题 试题内容:如图所示,水平导轨间距为L左端接有阻值为R的定值电阻,在距左端x0处放置一根质量为m、电阻为r的导体棒,导体棒与导轨间无摩擦且始终保持良好接触,导轨的电阻可忽略,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,问:在下列各种情况下,作用在导体棒上的水平拉力F的大小应如何?
(1)磁感应强度为B=B0保持恒定,导体棒以速度v向右做匀速直线运动;
(2)磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强,导体棒保持静止;
(3)磁感应强度为B=B0保持恒定,导体棒由静止始以加速度a向右做匀加速直线运动;
(4)磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强,导体棒以速度v向右做匀速直线运动.

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试题答案:(1)导体棒切割磁感线运动产生感应电动势E=BLv…①感应电流为 I=ER+r…②根据平衡条件得:F=B0IL=B20L2vR+r…③(2)根据法拉第定律得回路中产生的感应电动势 E=△φ△t=△B△tLx0…④由B=B0+kt知 △B△t=k…⑤得 E=kLx0…⑥则得 F=BiL=BLvR+r=kx0L2R+r(B0+kt)…⑦(3)t时刻导体棒的速度为 v=at…⑧根据牛顿第二定律得 F-BIL=ma…⑨则 F=BIL+ma=B20L2R+rat+ma…⑩(4)回路中既有动生电动势,又有感生电动势,根据楞次定律判断可知两个电动势方向相同,则回路中总的感应电动势为 E=△φ△t=BLv+kL(x0+vt)=(B0+kt)Lv+kL(x0+vt)…(11)则 F=BIL=BLER+r=(B0+kt)[(B0+kt)v+k(x0+vt)]L2R+r…(12)答:(1)磁感应强度为B=B0保持恒定,导体棒以速度v向右做匀速直线运动时,拉力为B20L2vR+r.(2)磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强,导体棒保持静止时,拉力为kx0L2R+r(B0+kt);(3)磁感应强度为B=B0保持恒定,导体棒由静止始以加速度a向右做匀加速直线运动时拉力为B20L2R+rat+ma.(4)磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强,导体棒以速度v向右做匀速直线运动时拉力为(B0+kt)[(B0+kt)v+k(x0+vt)]L2R+r.