Question

（2010?天津）如圖所示，質(zhì)量m₁=0.1kg，電阻R₁=0.3Ω，長度l=0.4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U型金屬框架上．框架質(zhì)量m₂=0.2kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，相距0.4m的MM′、NN′相互平行，電阻不計且足夠長．電阻R₂=0.1Ω的MN垂直于MM′．整個裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T．垂直于ab施加F=2N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運動，始終與MM′、NN′保持良好接觸．當(dāng)ab運動到某處時，框架開始運動．設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10m/s²．
（1）求框架開始運動時ab速度v的大小；
（2）從ab開始運動到框架開始運動的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1J，求該過程ab位移x的大小．

Answer 1

分析：ab向右做切割磁感線運動，產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流流過MN，MN受到向右的安培力，當(dāng)安培力等于最大靜摩擦力時，框架開始運動．根據(jù)安培力、歐姆定律和平衡條件等知識，求出速度．依據(jù)能量守恒求解位移．

解答：解：（1）由題意，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力F=μF_N=μ（m₁+m₂）g
    ab中的感應(yīng)電動勢E=Blv
    MN中電流  I=

E

R1+R2

   MN受到的安培力 F_安=IlB
   框架開始運動時F_安=F
   由上述各式代入數(shù)據(jù)，解得v=6m/s 
  （2）導(dǎo)體棒ab與MN中感應(yīng)電流時刻相等，由焦耳定律Q=I²Rt得知，Q∝R
      則閉合回路中產(chǎn)生的總熱量：Q總=

R1+R2

R2

Q
       由能量守恒定律，得：Fx=

1

2

mv2+Q總
    代入數(shù)據(jù)解得x=1.1m 
答：（1）求框架開始運動時ab速度v的大小為6m/s；
    （2）從ab開始運動到框架開始運動的過程中ab位移x的大小為1.1m．

點評：本題是電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題，考查電磁感應(yīng)、焦耳定律、能量守恒定律定律等知識綜合應(yīng)用和分析能力．