(1)设导体棒运动到坐标为x处的速度为v,由法拉第电磁感应定律得产生的感应电动势为:
E=BLv…①
由闭合电路欧姆定律得回路中的电流为:
I=
…②BLv
R0+2rx
由于棒做匀加速直线运动,所以有:
v=
…③
2ax
此时棒受到的安培力:
FA=IBL…④
由牛顿第二定律得:
F-FA=ma…⑤
由①②③④⑤联立解得:F=ma+
(B0+kx)2L2
2ax
R0+2rx
(2)设导体棒在x=x0处的动能为Ek,则由动能定理得:
Ek=max0…⑥
由能量守恒与转化定律得:W=Q+Ek…⑦
将⑥式代入⑦式解得:Q=W-max0
(3)由①②两式得:I=
… ⑧(B0+kx)Lv
R0+2rx
因为v=at,将题中所给的数值代入⑧式得:I=2t(A)… ⑨
可知回路中的电流与时间成正比,所以在0-t时间内,通过R0的电荷量为:
q=
t=t2(C)I 2
由匀加速直线运动规律得:t=
,
2x a
当x=x0时,有:q=
(C)=0.5C2x0
a
答:(1)水平拉力F的大小随横坐标x变化的关系式为F=ma+
;(B0+kx)2L2
2ax
R0+2rx
(2)此过程回路中产生的焦耳热Q为W-max0;
(3)导体棒从x=0运动到x=1m的过程中,通过电阻R0的电荷量q为0.5C.