Question

如图所示，在同一水平面内有相互平行的两条滑轨MN和PQ相距0.5m，垂直于滑轨平面竖直向上的匀强磁场的磁感强度B=1T，垂直于滑轨放置的金属棒ab和cd的质量分别为1 kg和2kg,每根金属棒的电阻均为1，其它电阻不计，ab、cd与滑轨间的动摩擦因数=0.5，问:   

(1)当作用在cd上的拉力F的功率为多少时，才能使ab棒以=10m／s的速度做匀速直线运动?   

(2)若令棒cd突然停止运动后，ab棒继续运动直到停止的过程中(ab与cd的距离足够大,使得ab与cd不会相碰)，通过其横截面的电量为1.9C，则在此过程中两根金属棒共消耗的电能是多少？   

Answer 1

（1）750W   （2）1.2J

解析:

(1)ab棒做匀速直线运动，说明它受到的安培力与滑动摩擦力是一对平衡力，故有 ：=     所以：

   即：

当ab棒匀速运动时，说明它所受到的安培力不变，也就是回路的感应电动势不变，此时cd棒也在做匀速运动，它受到的外力等于它受到的安培力和滑动摩擦力之和，由于ab棒和cd棒中的电流相同，长度相同，在同一磁场中，它们受到的安培力大小相等，方向相反，

  所以：

   作用在cd上的拉力F的功率为P，

  (2)当cd棒突然停止运动，而ab棒做切割磁感线的运动，所产生的感应电流在磁场中受到安培力(方向与刚才相反)和滑动摩擦力的共同作用使ab棒做减速运动，直到停止，此过程是一个加速度减小的减速运动，令△S是ab棒运动时扫过的面积，是与此面积相对应ab棒滑动的距离．

则：  

所以:

此过程中克服摩擦力的功为 :

由能量守恒可知两金属棒上消耗的电能共为: