如图所示，两平行的足够长的金属导轨间距为L，导轨与水平面成30°角。质量为m，长为L，电阻为r的两个完全相同的金属棒ab、cd放置在导轨上，恰好均处于静止状态。

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如图所示，两平行的足够长的金属导轨间距为L，导轨与水平面成30°角。质量为m，长为L，电阻为r的两个完全相同的金属棒ab、cd放置在导轨上，恰好均处于静止状态。整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度为B，磁场方向与导轨平面垂直向上。现用沿导轨向上的外力施与金属棒ab上，使ab棒由静止开始沿导轨向上做匀加速运动，加速度为a。则（滑动摩擦力与最大静摩擦力近似相等）

⑴ 金属棒与导轨间的动摩擦因数是多少？
⑵ 要使金属棒cd始终静止在导轨上，金属棒ab运动的速度不能超过多少？
⑶ 在金属棒ab由静止到达（2）中速度的过程中外力和安培力做的总功是多少？

答案

（1）

（2）

⑶

解析

⑴对金属棒cd进行受力分析如图所示

棒cd恰好静止，此时摩擦力为最大静摩擦力，根据平衡条件可得

即动摩擦因数为

┅┅┅┅（3分）
⑵当ab棒开始运动后切割磁感线产生电动势cd棒受到安培力的作用，随着ab棒运动的速度增大，安培力也增大，cd棒受到的摩擦力逐渐减小，随着安培力的继续增大，摩擦力变为反方向，当摩擦力逐渐增大达到最大摩擦力时，ab棒运动的速度达到最大，根据平衡条件有

┅┅┅┅（1分）

┅┅┅┅（1分）
ab棒切割磁感线产生的电动势

┅┅┅┅（1分）
回路中的电流

┅┅┅┅（1分）
联立以上各式可得ab棒的最大速度

┅┅┅┅（1分）
⑶对ab棒受力分析如右图所示，棒做匀加速运动
运动的位移

┅┅┅┅（1分）
根据动能定理可得

┅┅┅┅（2分）
则外力和安培力做的总功为

┅┅┅┅（2分）

举一反三

矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为(10/π)r/s，在转动过程中穿过线圈磁通量的最大值为0.03Wb，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？当线圈平面转到与中性面夹角为π/3时，感应电动势为多少？

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光滑的平行金属导轨如图所示，轨道的水平部分bcd位于竖直向上的匀强磁场中，bc部分的宽度为cd部分宽度的2倍，bc、cd部分轨道足够长，将质量都为m的金属棒P和Q分别置于轨道上的ab段和cd段，P棒位于距水平轨道高为h的地方，放开P棒，使其自由下滑，求P棒和Q棒的最终速度及回路中所产生的电能。

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（12分）如图所示，边长为L=0.20m的单匝正方形金属线框abcd放在方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B=0.50T有界

匀强磁场中，线框的总电阻为R=1.0Ω，线框的右边与磁场边界平行。
（1）若用一水平外力将线框以v=10m/s的速度匀速拉出磁场区域，求将线框完全拉出磁场区域的过程中，

线框中产生的焦耳热。
（2）若线框以ab边为轴逆时针在磁场中匀速转动，转动角速度ω=100rad/s，求线框中产生的热功率。

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如图所示，一个边长为a的正方形闭合线框，自某一高处自由下落，当线框的下边进入水平方向的匀强磁场时，线框即作匀速运动。已知线框的质量为m，电阻为R，磁场的磁感强度为B（不考虑空气阻力）求：

1)当线框下边刚进入磁场时，线框所受的磁场力F的大小；
2)当线框下边刚进入磁场时，线框中感应电流I的大小；
3)线框开始自由下落时，线框下边离开磁场的高度h．

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如图所示,一个质量为m,电阻为R的闭合矩形线圈,长为l,高为h,从某一高度由静止开始下落,进入一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B,磁场的边界为水平,宽度为2h,线圈开始下落时距磁场上边界3h,下落过程中始终在竖直平面内,不发生转动．已知线圈从磁场中穿出的过程中，做的是匀速运动．求线圈在进入磁场的过程中有多少电能转化为内能?

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