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高中物理-電磁感應(yīng) 安培力做功是否等于焦耳熱…如圖所示，兩根足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ間距為L＝0.5m，其電阻不計，兩導(dǎo)軌及其構(gòu)成的平面均與水平面成30°，完全相同的兩金屬棒ab、cd分別垂直導(dǎo)軌放置，每棒兩端都與導(dǎo)軌始終有良好接觸，已知兩棒質(zhì)量均為m＝0.02kg，電阻均為R＝0.1Ω，整個裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度B＝0.2T，棒ab在平行于導(dǎo)軌向上的力F作用下，沿導(dǎo)軌向上勻速運動，而棒cd恰好能夠保持靜止.g取10m/s2，問: （1）通過棒cd的電流I是多少，方向如何？ （2）棒ab受到的力F多大？ （3）棒cd每產(chǎn)生Q＝0.1J的熱量的過程中，拉力F所做的功是多少？ ?解析:一部分學生是這樣解的:當ab棒勻速運動時，切割磁感線產(chǎn)生動生電動勢，從而電路中出現(xiàn)電流，當cd中有電流后產(chǎn)生安培力，當安培力與重力的分力相等時，cd保持靜止先分析cd棒，由FF＝BIL＝ mgsinθ可得，I＝ mgsin/BL＝1A，方向由右手定則判斷為d→c再分析ab棒，因為ab勻速運動，則合力為零，由受力分析可知F＝BIL ＋mgsin0＝0. 2 N，由于ab，cd兩棒的電阻和電流均相同，則棒cd每產(chǎn)生0.1J的熱量的過程中，ab也將產(chǎn)生0.1J的熱量根據(jù)安培力做功等于焦耳熱，則ab棒受到的安培力做功為0.1J，通過前面的計算可知，安培力與重力的分力相等，對ab棒而言重力做功也為0.1J，再由動能定理可知拉力F的功為0.2J，但有同學提出:安培力做功應(yīng)該等于回路中所產(chǎn)生的總焦耳熱，而總焦耳熱為0.2J，即ab棒中安培力做功為0.2J，安培力與重力的分力相等，對ab棒而言重力做功也為0.2J，再由動能定理可知拉力F的功為0.4J，對于安培力做功等于焦耳熱，在理解時應(yīng)注意安培力做功全部轉(zhuǎn)換成回路的總焦耳熱。在本題中，cd棒受到了安培力，但沒做功，ab棒受到的安培力做功應(yīng)等于總焦耳熱，即第二個同學的解答是正確的 因此在告訴學生這個結(jié)論時要強調(diào):安培力做功等于回路的總焦耳熱。  |
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