解题思路:(1)导体棒切割磁感线运动产生感应电动势和感应电流,根据闭合电路欧姆定律求出感应电流,导体棒在磁场中会受到安培力,当拉力与安培力相等时,导体棒做匀速直线运动.求安培力,即可得到拉力.(2)导体棒保持静止,磁感应强度为B=Bo+kt随时间t均匀增强,产生感应电动势和感应电流,根据法拉第定律和欧姆定律结合求出感应电流,导体棒受拉力和安培力处于平衡.再由平衡条件求得拉力.(3)推导出安培力与速度的关系,由牛顿第二定律求拉力.(4)回路中既有动生电动势,又有感生电动势,根据楞次定律判断可知两个电动势方向相同,相当于电池串联,再求得安培力,即可得解.
(1)导体棒切割磁感线运动产生感应电动势E=BLv…①
感应电流为 I=[E/R+r]…②
根据平衡条件得:F=B0IL=
B20L2v
R+r…③
(2)根据法拉第定律得回路中产生的感应电动势 E=[△φ/△t]=[△B/△t]Lx0…④
由B=B0+kt知 [△B/△t]=k…⑤
得 E=kLx0…⑥
则得 F=BiL=[BLv/R+r=
kx0L2
R+r(B0+kt)…⑦
(3)t时刻导体棒的速度为 v=at…⑧
根据牛顿第二定律得 F-BIL=ma…⑨
则 F=BIL+ma=
B20L2
R+rat+ma…⑩
(4)回路中既有动生电动势,又有感生电动势,根据楞次定律判断可知两个电动势方向相同,则回路中总的感应电动势为
E=
△φ
△t]=BLv+kL(x0+vt)=(B0+kt)Lv+kL(x0+vt)…(11)
则 F=BIL=[BLE/R+r=
(B0+kt)[(B0+kt)v+k(x0+vt)]L2
R+r]…(12)
答:
(1)磁感应强度为B=B0保持恒定,导体棒以速度v向右做匀速直线运动时,拉力为
B20L2v
R+r.
(2)磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强,导体棒保持静止时,拉力为
kx0L2
R+r(B0+kt);
(3)磁感应强度为B=B0保持恒定,导体棒由静止始以加速度a向右做匀加速直线运动时拉力为
B20L2
R+rat+ma.
(4)磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强,导体棒以速度v向右做匀速直线运动时拉力为
(B0+kt)[(B0+kt)v+k(x0+vt)]L2
R+r.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势.
考点点评: 解决本题的关键既掌握导体切割产生的动生电动势公式E=BLv,以及感生产生的电动势公式E=△φ△t,楞次定律等等电磁学知识,还要掌握力学的基本规律,如平衡条件、牛顿第二定律等等.