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如图a所示,竖直平面内有两根光滑且不计电阻的长平行金属导轨,间距L。导轨间的空间内存在垂直导轨平面的匀强磁场。将一质量m、电阻R的金属杆水平靠在导轨处上下运动,与导轨接触良好。

1)若磁感应强度随时间变化满足B=ktk为已知非零常数。金属杆在距离导轨顶部L处释放,则何时释放,会获得向上的加速度。

2)若磁感应强度随时间变化满足B0cd均为已知非零常数。为使金属杆中没有感应电流产生,从t=0时刻起,金属杆应在外力作用下做何种运动?列式说明。

3)若磁感应强度恒定为B0,静止释放金属杆。对比b图中从铝管顶部静止释放磁性小球在铝管中的下落。试从能量角度用文字分析两图中的共同点。

 


答案

1)设t时刻能获得向上的加速度

     FA>mg…………2

     …………2

     …………2

2)设t=0时,金属杆距离顶部x

     为了不产生感应电流,任意时刻t时磁通量应与刚开始时相同,设t时间内位移s

     …………3

     ,由静止开始向下的匀加速直线运动。…………3

注:x=0的特殊状态下,金属杆应静止。解答过程是否提到这一点不影响得分。

3)在加速阶段,重力势能转为动能和内能(或电能),在近似匀速阶段,重力势能转为内能(或电能)。…………2

注:若仅提到机械能转电能或内能,给1分。

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