Question

如图所示，一根质量为m的金属棒MN水平放置在两根竖直的光滑平行金属导轨上，并始终与导轨保持良好接触，导轨间距为L，导轨下端接一阻值为R的电阻，其余电阻不计．在空间内有垂直于导轨平面的磁场，磁感应强度大小只随竖直方向y变化，变化规律B=ky，k为大于零的常数．质量为M=4m的物体静止在倾角θ=30°的光滑斜面上，并通过轻质光滑定滑轮和绝缘细绳与金属棒相连接．当金属棒沿y轴方向从y=0位置由静止开始向上运动h时，加速度恰好为0．不计空气阻力，斜面和磁场区域足够大，重力加速度为g．求：
（1）金属棒上升h时的速度；
（2）金属棒上升h的过程中，电阻R上产生的热量；
（3）金属棒上升h的过程中，通过金属棒横截面的电量．

Answer 1

【答案】分析：（1）金属棒的加速度为0 时，金属棒受到的安培力等于重力与绳子的力的和；
（2）金属棒上升的过程中，重物减小的重力势能转化为重物与金属棒的动能、金属棒的势能与焦耳热；
（3）通过金属棒横截面的电量，要使用电流的平均值来求出．
解答：解：
（1）当金属棒的加速度为零时，Mgsin30°=F+mg                                               
库仑力：F=BIL=KhIL                                             
感应电流：                                           
解以上方程得：                            
（2）设产生的焦耳热为Q，由能量的转化与守恒得：
                        
解得：                   
（3）金属棒上升h的过程中，磁通量的变化：
   流过金属棒截面的电量：                  
                                    
解得：
答：（1）金属棒上升h时的速度；
（2）金属棒上升h的过程中，电阻R上产生的热量；
（3）金属棒上升h的过程中，通过金属棒横截面的电量．
点评：该题是电磁感应定律的综合应用，涉及的公式与知识点较多．其中通过金属棒横截面的电量，要使用电流的平均值来求出是解决问题的一个关键．属于中档偏南的题目．