Question

如圖所示，cd 、fe是與水平面成θ角的光滑平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間的寬度為D，電阻不計(jì)。質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒ab平行于cf且與cf相距為L，棒ab與導(dǎo)軌接觸良好，在導(dǎo)軌間存在垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系為B=Kt（K為定值且大于零）。在cf之間連接一額定電壓為U、額定功率為P的燈泡。當(dāng)棒ab保持靜止不動(dòng)時(shí)，燈泡恰好正常發(fā)光。

（1）求棒ab靜止不動(dòng)時(shí)，K值的大��；

（2）為了保持棒ab靜止，現(xiàn)給其施加了一個(gè)平行導(dǎo)軌的力，求這個(gè)力的表達(dá)式，并分析這個(gè)力的方向。

Answer 1

（1）

（2）；方向：當(dāng)t＜時(shí)， F的方向斜面向上；當(dāng)t＞時(shí)， F的方向斜面向下。

解析:

（1）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，有，

根據(jù)閉合電路歐姆定律，有，

其中    ，

由于燈泡正常發(fā)光，故電路的電流為，

聯(lián)立解得。

（2）根據(jù)愣次定律和左手定則，可判斷金屬棒ab受到的安培力方向沿斜面向上，

假設(shè)<mgsinθ，由受力分析知所需外力為F=mgsinθ-，

=BID，

B=kt，

聯(lián)立得。

因，所以，

當(dāng)＝時(shí)，。

由此可得：當(dāng)t＜時(shí)，<mgsinθ，F的方向斜面向上；

當(dāng)t＞時(shí)，>mgsinθ，F的方向斜面向下。