Question

如圖，POQ是折成60°角的固定于豎直平面內(nèi)的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌關(guān)于豎直軸線對稱，OP＝OQ＝L．整個裝置處在垂直導(dǎo)軌平面向里的足夠大的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化規(guī)律為B＝B₀－kt(其中k為大于0的常數(shù))．一質(zhì)量為m、長為L、電阻為R、粗細(xì)均勻的導(dǎo)體棒鎖定于OP、OQ的中點(diǎn)a、b位置．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/16/c/13dy73.png" style="vertical-align:middle;" />B₀后保持不變，同時將導(dǎo)體棒解除鎖定，導(dǎo)體棒向下運(yùn)動，離開導(dǎo)軌時的速度為v．導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終保持良好接觸，導(dǎo)軌電阻不計，重力加速度為g．求導(dǎo)體棒：

⑴解除鎖定前回路中電流的大小及方向；
⑵滑到導(dǎo)軌末端時的加速度大小；
⑶運(yùn)動過程中產(chǎn)生的焦耳熱．

Answer 1

⑴，順時針方向或b→a；⑵g－；⑶

解析試題分析：⑴導(dǎo)體棒被鎖定前，閉合回路的面積不變，＝k
由法拉第電磁感應(yīng)定律知：E＝＝＝
由閉合電路歐姆定律知：I＝＝
由楞次定律知，感應(yīng)電流的方向：順時針方向或b→a
⑵導(dǎo)體棒剛離開導(dǎo)軌時受力如圖所示

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：E＝
根據(jù)閉合電路歐姆定律知：I＝
根據(jù)安培力公式有：F＝
解得：F＝
由牛頓第二定律知：mg－F＝ma
解得：a＝g－
⑶由能量守恒知：mgh＝＋Q
由幾何關(guān)系有：h＝
解得：Q＝－
考點(diǎn)：本題主要考查了牛頓第二定律、閉合電路歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、能量守恒定律的應(yīng)用問題，屬于中檔題。