如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻。处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与

题型：同步题难度：来源：

如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻。处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v₀。在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。
（1）求初始时刻导体棒受到的安培力。
（2）若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为E_p，则这一过程中安培力做的功W₁和电阻R上产生的焦耳热Q₁分别为多少？
（3）导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？

答案

解：（1）初始时刻棒中感应电动势E＝Lv₀B ①
棒中感应电流I＝

②
作用于棒上的安培力F＝ILB ③
①～③联立得F＝

，安培力方向：水平向左
（2）由功和能的关系，得安培力做功W₁＝E_P－

mv₀² ④
电阻R上产生的焦耳热Q₁＝

mv₀²－E_p ⑤
（3）由能量转化及平衡条件等，可判断：
棒最终静止于初始位置，Q＝

mv₀² ⑥

举一反三

如图所示，水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，两个边长相等的单匝闭合正方形线圈I和Ⅱ，分别用相同材料、不同粗细的导线绕制（I为细导线）、两线圈在距磁场上界面h高处由静止开始自由下落，再进入磁场，最后落到地面，运动过程中，线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界，设线圈I、Ⅱ落地时的速度大小分别为v₁、v₂，在磁场中运动时产生的热量分别为Q₁、Q₂不计空气阻力，则

[ ]
A.v₁<v₂，Q₁<Q₂
B.v₁=v₂，Q₁=Q₂
C.v₁<v₂，Q₁>Q₂
D.v₁=v₂，Q₁<Q₂

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如图，空间某区域中有一匀强磁场，磁感应强度方向水平，且垂直于纸面向里，磁场上边界b和下边界d水平。在竖直面内有一矩形金属线圈，线圈上下边的距离很短，下边水平，线圈从水平面a开始下落。已知磁场上下边界之间的距离大于水平面a、b之间的距离。若线圈下边刚通过水平面b、c（位于磁场中）和d时，线圈所受到的磁场力的大小分别为F_b、F_c和F_d，则

[ ]

A．F_d>F_c>F_b
B．F_c＜F_d＜F_b
C．F_c>F_b>F_d
D．F_c＜F_b＜F_d

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如图所示，两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上，导轨上端连接一个定值电阻。导体棒a和b放在导轨上，与导轨垂直并良好接触。斜面上水平虚线PQ以下区域内，存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场，现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力，使它沿导轨匀速向上运动，此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界PQ处时，撤去拉力，a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动，此时b棒已滑离导轨。当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时，又恰能沿导轨匀速向下运动。已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R，b棒的质量为m，重力加速度为g，导轨电阻不计。求：
（1）a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中，a棒中的电流强度I_a与定值电阻R中的电流强度I_R之比；
（2）a棒质量m_a；
（3）a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F。