Question

如图（甲）所示，平行的光滑金属导轨PQ和MN与水平方向的夹角α=30°，导轨间距l=0.1米，导轨上端用一电阻

如图（甲）所示，平行的光滑金属导轨PQ和MN与水平方向的夹角α=30°，导轨间距l=0.1米，导轨上端用一电阻R相连．磁感强度为B=1T的匀强磁场垂直导轨平面向上，导轨足够长且电阻不计．一电阻r=1Ω的金属棒静止搁在导轨的底端，金属棒在平行于导轨平面的恒力F作用下沿导轨向上运动，电压表稳定后的读数U与恒力F大小的关系如图（乙）所示． （1）电压表读数稳定前金属棒做什么运动？（2）金属棒的质量m和电阻R的值各是多少？（3）如金属棒以2m/s 2 的加速度从静止起沿导轨向上做匀加速运动，请写出F随时间变化的表达式．

Answer 1

（1）金属棒有外力F作用下，从静止开始做加速运动，速度增大，棒所受的安培力增大，加速度减小，最终棒受力达到平衡，所以金属棒先做加速度减小的变加速运动，最后做匀速直线运动， （2）由图可知：当F＞1时，开始产生电压，所以 mgsin30°=F=1N                 则得  m=0.2Kg                       当达到平衡时：感应电流I= U R ，F=mgsin30°+BL U R 得 U= R BL F- Rmg BL sin30°         由图象可知， R BL =10    解得，R=1Ω            （3）金属棒以2m/s 2 的加速度从静止起沿导轨向上做匀加速运动时，t时刻棒的速度V=at   感应电流 I= BLV R+r 安培力 F A = B 2 L 2 V R+r 根据牛顿第二定律得 F-F A -mgsin30°=ma               代入解得  F=1.4+0.01t（N）                     答： （1）电压表读数稳定前金属棒先做加速度减小的变加速运动，最后做匀速直线运动， （2）金属棒的质量m和电阻R的值各是0.2kg和1Ω． （3）如金属棒以2m/s 2 的加速度从静止起沿导轨向上做匀加速运动，F随时间变化的表达式为1.4+0.01t（N）．