高中物理-电磁感应
安培力做功是否等于焦耳热…如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为L=0.5m,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成30°,完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,已知两棒质量均为m=0.02kg,电阻均为R=0.1Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.2T,棒ab在平行于导轨向上的力F作用下,沿导轨向上匀速运动,而棒cd恰好能够保持静止.g取10m/s²,问:
(1)通过棒cd的电流I是多少,方向如何?
(2)棒ab受到的力F多大?
(3)棒cd每产生Q=0.1J的热量的过程中,拉力F所做的功是多少?
☞解析:一部分学生是这样解的:当ab棒匀速运动时,切割磁感线产生动生电动势,从而电路中出现电流,当cd中有电流后产生安培力,当安培力与重力的分力相等时,cd保持静止先分析cd棒,由FF=BIL= mgsinθ可得,I= mgsin/BL=1A,方向由右手定则判断为d→c再分析ab棒,因为ab匀速运动,则合力为零,由受力分析可知F=BIL +mgsin0=0. 2 N,由于ab,cd两棒的电阻和电流均相同,则棒cd每产生0.1J的热量的过程中,ab也将产生0.1J的热量根据安培力做功等于焦耳热,则ab棒受到的安培力做功为0.1J,通过前面的计算可知,安培力与重力的分力相等,对ab棒而言重力做功也为0.1J,再由动能定理可知拉力F的功为0.2J,但有同学提出:安培力做功应该等于回路中所产生的总焦耳热,而总焦耳热为0.2J,即ab棒中安培力做功为0.2J,安培力与重力的分力相等,对ab棒而言重力做功也为0.2J,再由动能定理可知拉力F的功为0.4J,对于安培力做功等于焦耳热,在理解时应注意安培力做功全部转换成回路的总焦耳热。在本题中,cd棒受到了安培力,但没做功,ab棒受到的安培力做功应等于总焦耳热,即第二个同学的解答是正确的
因此在告诉学生这个结论时要强调:安培力做功等于回路的总焦耳热。
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