Question

如圖所示，在xoy平面內(nèi)存在B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，OA與OCA為置于豎直平面內(nèi)的光滑金屬導(dǎo)軌，其中OCA滿足曲線方程，C為導(dǎo)軌的最右端，導(dǎo)軌OA與OCA相交處的O點(diǎn)和A點(diǎn)分別接有體積可忽略的定值電阻R₁=6Ω和R₂=12Ω�，F(xiàn)有一長(zhǎng)L=1m、質(zhì)量m=0.1kg的金屬棒在豎直向上的外力F作用下，以v=2m/s的速度向上勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)棒與兩導(dǎo)軌接觸良好，除電阻R₁、R₂外其余電阻不計(jì)，求：

（1）金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)R₂上消耗的最大功率

（2）外力F的最大值

（3）金屬棒滑過(guò)導(dǎo)軌OCA過(guò)程中，整個(gè)回路產(chǎn)生的熱量。

Answer 1

（1）R₂上消耗的功率最大值為：

(2)外力的最大值

（3） 產(chǎn)生的熱量為。

解析:

（1）金屬棒向上勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中切割磁感線，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，接入電路的有效長(zhǎng)度即為OCA導(dǎo)軌形狀所滿足的曲線方程，因此接入電路的金屬棒長(zhǎng)度為：

所以當(dāng)棒運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，為：

電阻R₁、R₂并聯(lián)，此時(shí)R₂上消耗的功率最大，最大值為：

(2)金屬棒相當(dāng)于電源，外電路中R₁、R₂并聯(lián)，其并聯(lián)阻值為:

通過(guò)金屬棒的最大電流為:

所以最大安培力

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（3）金屬棒中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:

顯然為正弦交變電動(dòng)勢(shì)，所以有效值為

該過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間：

所以產(chǎn)生的熱量為。