Question

如圖所示，平行金屬導軌豎直放置，僅在虛線MN下面的空間存在著磁感應強度隨高度變化的磁場（在同一水平線上各處磁感應強度相同），磁場方向垂直紙面向里導軌上端跨接一定值電阻R，質量為m的金屬棒兩端各套在導軌上并可在導軌上無摩擦滑動，導軌和金屬棒的電阻不計，將導軌從O處由靜止釋放，進入磁場后正好做勻減速運動，剛進入磁場時速度為v，到達P處時速度為

v

2

，O點和P點到MN的距離相等，求：
（1）求金屬棒在磁場中所受安培力F₁的大小；
（2）若已知磁場上邊緣（緊靠MN）的磁感應強度為B₀，求P處磁感應強度B_P；
（3）在金屬棒運動到P處的過程中，電阻上共產生多少熱量？

Answer 1

（1）從O→MN過程中棒做自由落體運動，則有：v²=2gh；
從MN→P的過程中，做勻減速運動，故F₁大小不變，
由牛頓第二定律，則有：F₁-mg=ma；
而由運動學公式可知，

v2

4

-v2=2ah；
綜合上三式，即可求得：F₁=mg+ma=

7

4

mg．
（2）由上可知，安培力的大小不變，由剛進入磁場時速度為v，到達P處時速度為

v

2

，
則有：F1=BPLIP=

B 2P L2v

2R

；
解得：BP=

2

B0
（3）棒從MN→P過程中，且O點和P點到MN的距離相等，
根據能量守恒定律，則有產生熱量：Q=mgh+

1

2

mv2-

1

2

m(

v

2

)2=

7

8

mv2
答：（1）金屬棒在磁場中所受安培力F₁的大小

7

4

mg；
（2）若已知磁場上邊緣（緊靠MN）的磁感應強度為B₀，P處磁感應強度

2

B₀；
（3）在金屬棒運動到P處的過程中，電阻上共產生

7

8

mv2熱量．