解:设两导轨间距为L。(1)因放开导体b后,b静止,故导体b受到的安培力等于自身所受的重力,IhB=Gb。本题导体a是电源,内阻是R,导体b与电阻R并联,所以Ia=2Ib,导体a受到的安培力(阻力)是导体b的2倍,即(B^2)*(L^2)*(v1)/(3R/2)=2Gb。因导体a匀速运动,其受合力为0,故拉力F=Ga+Fa安培力=Ga+2Gb=0.4牛顿。
(2)此时,导体b是电源,内阻是R,导体a与电阻R并联。金属棒b自由滑下达到最大速度v2后,其将作匀速直线运动。故金属棒b受合力为0,即Gb=Fb安培力=IbhB=(B^2)*(L^2)*(v2)/(3R/2),由(1)中知,(B^2)*(L^2)*(v1)/(3R/2)=2Gb,所以,V2/V1=1/2,V2=5米/秒。
(3)此时,导体a和导体b串联,感生电动势E=ΔB*S/Δt=ΔB*Lh/Δt,Ga=I3LB3=(ΔB*Lh/Δt)*L*2B/(2R),2(B^2)*(L^2)*h/(2R)=Ga=2Gb ,由(1)中知,(B^2)*(L^2)*(v1)/(3R/2)=2Gb,所以,h=20/3米。
(1)a的感应电动势ε=BLv,则通过R与通过b的电流均为I=BLv/R
a的电流为I(总)=2BLv/R
b保持静止,则b受到的重力与安培力二力平衡,
mbg=B^2·L^2·v1/R
a匀速直线运动,则
F=mag+2B^2·L^2·v1/R=mag+2mbg
(2)b自由下滑,在重力作用下加速运动,产生感应电动势,感应电流,受到安培力,速度增大,感应电动势增大,感应电流增大,安培力逐渐增大,当安培力与重力相等时,匀速直线运动,此时速度最大
跟第(1)问一样,把b当做电源,b的电阻就是内阻,a与电阻R并联;
(3)设a、b与距离为d,根据法拉第电磁感应定律(感应电动势与磁通量的变化率成正比,n只是匝数)
ε=nΔФ/Δt=ΔB·L·d/Δt=B·L·d/Δt,感应电流I=B·L·d/(Δt·2R),
a的安培力F'=2B·B·L·d/(Δt·2R)·L=B^2·L^2·d/(Δt·R)=mbg
在第(1)问中,mbg=B^2·L^2·v1/R,则d=1/(Δt·v1)