Question

如圖甲所示，相距為L的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌一部分處在以O(shè)O′為右邊界勻強磁場中，勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直導(dǎo)軌平面向下，導(dǎo)軌右側(cè)接有定值電阻R，導(dǎo)軌電阻忽略不計. 在距邊界OO′也為L處垂直導(dǎo)軌放置一質(zhì)量為m、電阻r的金屬桿ab.

   （1）若ab桿在恒力作用下由靜止開始向右運動3L距離，其速度一位移的關(guān)系圖象如圖乙所示（圖中所示量為已知量）. 求此過程中電阻R上產(chǎn)生的焦耳Q_R及ab桿在剛要離開磁場時的加速度大小a.

   （2）若ab桿固定在導(dǎo)軌上的初始位置，使勻強磁場保持大小不變，繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動. 若從磁場方向由圖示位置開始轉(zhuǎn)過的過程中，電路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q₂. 則磁場轉(zhuǎn)動的角速度ω大小是多少？

  

Answer 1

（1）ab桿離起起始位置的位移從L到3L的過程中，由動能定理可得

        

       ab桿在磁場中由起始位置發(fā)生位移L的過程，根據(jù)功能關(guān)系，恒力F做的功等于ab桿桿增加的動能與回路產(chǎn)生的焦耳熱之和，則

        

       聯(lián)立解得， R上產(chǎn)生熱量

       ab桿剛要離開磁場時，水平向上受安培力F_總和恒力F作用，

       安培力為：

       由牛頓第二定律可得：

       解得

（2）磁場旋轉(zhuǎn)時，可等效為矩形閉合電路在勻強磁場中反方向勻速轉(zhuǎn)動，所以閉合電路中產(chǎn)生正弦式電流，感應(yīng)電動勢的峰值

         有效值      （）