Question

如圖甲所示，水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d＝0.5 m，電阻不計(jì)，左端通過(guò)導(dǎo)線與阻值R ＝2 W的電阻連接，右端通過(guò)導(dǎo)線與阻值R_L ＝4 W的小燈泡L連接．在CDEF矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，CE長(zhǎng)l ="2" m，有一阻值r ="2" W的金屬棒PQ放置在靠近磁場(chǎng)邊界CD處（恰好不在磁場(chǎng)中）．CDEF區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化如圖乙所示．在t＝0至t＝4s內(nèi)，金屬棒PQ保持靜止，在t＝4s時(shí)使金屬棒PQ以某一速度進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域并保持勻速運(yùn)動(dòng)．已知從t＝0開(kāi)始到金屬棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)邊界EF處的整個(gè)過(guò)程中，小燈泡的亮度沒(méi)有發(fā)生變化，求：
（1）通過(guò)小燈泡的電流．
（2）金屬棒PQ在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的速度大小．

Answer 1

(1)0.1A(2) 1m/s

試題分析：（1）在t＝0至t＝4s內(nèi)，金屬棒PQ保持靜止，磁場(chǎng)變化導(dǎo)致電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．
電路為r與R并聯(lián)，再與R_L串聯(lián)，電路的總電阻
＝5Ω                    ①   
此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
=0.5×2×0.5V=0.5V         ②     
通過(guò)小燈泡的電流為：＝0.1A           ③   
（2）當(dāng)棒在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，電路為R與R_L并聯(lián)，再與r串聯(lián)，此時(shí)電路的總電阻
＝2＋Ω＝Ω      ④    
由于燈泡中電流不變，所以燈泡的電流I_L=0.1A，則流過(guò)棒的電流為
＝0.3A            ⑤   
電動(dòng)勢(shì)                       ⑥    
解得棒PQ在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的速度大小
v=1m/s                                    ⑦