Question

間距為L(zhǎng)的兩條足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ與水平面夾角為30°，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，導(dǎo)軌的N、Q端連接一阻值為R的電阻，導(dǎo)軌上有一根質(zhì)量一定、電阻為r的導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，導(dǎo)體棒上方距離L以上的范圍存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向與導(dǎo)軌平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．現(xiàn)在施加一個(gè)平行斜面向上且與棒ab重力相等的恒力，使導(dǎo)體棒ab從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)ab進(jìn)入磁場(chǎng)后，發(fā)現(xiàn)ab開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)，求：
（1）導(dǎo)體棒的質(zhì)量；
（2）若進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間，拉力減小為原來(lái)的一半，求導(dǎo)體棒能繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)的最大位移．

Answer 1

（1）導(dǎo)體棒從靜止開(kāi)始在磁場(chǎng)外勻加速運(yùn)動(dòng)距離L，
由牛頓第二定律得：F-mgsin30°=ma，
由題意可知：F=mg，解得：a=

1

2

g，
由速度位移公式得：v²=2aL，
解得，棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度：v=

gL

，
棒在磁場(chǎng)中受到的安培力：F_B=BIL=

B2L2v

R+r

，
棒在磁場(chǎng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件得：
mgsin30°+

B2L2v

R+r

=F，解得：m=

2B2L2

R+r

L g

；
（2）若進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間使拉力減半，拉力：F=

1

2

mg，
導(dǎo)體棒受到的安培力：F_B′=BI′L=

B2L2× v 2

R+r

=

B2L2v

2(R+r)

，
由牛頓第二定律得：F-mgsin30°-

B2L2v

2(R+r)

=ma ①，
速度：v=

△x

△t

②，
加速度：a=

△v

△t

③，
由①②③得：

B2L2 △x △t

R+r

=m

△v

△t

，即：

B2L2△x

R+r

=m△v，
使式子兩邊對(duì)該過(guò)程求和，則有：

B2L2x

R+r

=mv，
將v=

gL

和m=

2B2L2

R+r

L g

代入，
解得：x=2L；
答：（1）導(dǎo)體棒的質(zhì)量為

2B2L2

R+r

L g

；
（2）導(dǎo)體棒能繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)的最大位移為2L．