相距L=1.5m的足够长金属导轨竖直放置,质量为m1=1kg的金属棒ab和质量为m2=0.27kg的金属棒cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上,如图(a)所示,虚线上方磁场方向垂直纸面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处磁场磁感应强度大小相同。ab棒光滑,cd棒与导轨间动摩擦因数为μ=0.75,两棒总电阻为1.8Ω,导轨电阻不计。ab棒在方向竖直向上,大小按图(b)所示规律变化的外力F作用下,从静止开始,沿导轨匀加速运动,同时cd棒也由静止释放。
(1)指出在运动过程中ab棒中的电流方向和cd棒受到的安培力方向;
(2)求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小;
(3)已知在2s内外力F做功40J,求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热;
(4)判断cd棒将做怎样的运动,求出cd棒达到最大速度所需的时间t0,并在图(c)中定性画出cd棒所受摩擦力fcd随时间变化的图像。
为什么第三问中的焦耳热只是求ab棒的?cd棒上也有电阻和电流啊?
答案:第三问,求两金属棒产生的总焦耳热可以以两杆为研究对象,算出总的安掊力做的功就是总的焦耳热,对ab杆来说安培力是做负功的,所以这安培力转化成焦耳热了,但cd杆就算是有运动,但也是在竖直方向上运动,而cd杆的安培力是垂直纸向内的,与运动方向总是垂直的,所以cd杆上的安培力是不做功了,所以也就不产生焦耳热。当然如果从Q=I^2Rt来求这个焦耳热还是要加上cd 棒上的电阻的。看你从那个角度来求这个焦耳热。本题从功能原理来求更便捷!!