单棒收尾问题的拓展

常旭

摘要：导体棒由于切割磁感线运动而发生电磁感应现象，在电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，而通电直导体在磁场中也会受到安培力的作用，从力作用效果来看，安培力可以是动力，也可以阻力，进而影响导体棒的受力情况和运动情况，因为受力不同，导体棒也会出现不同的运动状态，而最终导体棒处于动态平衡是其中一种常见状态。

关键词：切割 最大速度 受力分析

例：如图1所示，在竖直向下的磁感强度为B的匀强磁场中，有两根水平放置相距L且足够长的平行金属导轨AB、CD，在导轨的AC端连接一阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，导轨和金属棒的电阻及它们间的摩擦均不计，若用恒力F沿水平向右拉棒運动。求金属棒的最大速度。

点评：

（1）受力分析：导体受力运动产生感应电动势→感应电流→导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→…动态变化过程结束时，加速度为零，导体达到稳定状态。

（2）运动分析：一般在动态变化过程中，导体做加速度不断减小的变加速运动，动态变化过程结束后，导体做匀速运动。

（3）能量分析：在动态变化过程中，其他形式的能转化为导体的动能和回路的电能；动态变化过程结束后，导体的动能不变，其他形式的能转化为回路的电能。

答案：BC。

拓展五：在拓展二中如果电阻换成额定电压为U、额定功率为P的小灯泡，且金属棒在导轨间的电阻为r，那么需要施加多大的外力才能使灯泡亮度趋于稳定且正常发光？