Question

如圖所示，兩足夠長的平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角=30°，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面向上。長為的金屬棒垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為、電阻為r＝R。兩金屬導(dǎo)軌的上端連接一個(gè)燈泡，燈泡的電阻R_L＝R，重力加速度為g�，F(xiàn)閉合開關(guān)S，給金屬棒施加一個(gè)方向垂直于桿且平行于導(dǎo)軌平面向上的、大小為F＝mg的恒力，使金屬棒由靜止開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒達(dá)到最大速度時(shí)，燈泡恰能達(dá)到它的額定功率。求：

（1）金屬棒能達(dá)到的最大速度v_m；
（2）燈泡的額定功率P_L；
（3）金屬棒達(dá)到最大速度的一半時(shí)的加速度a；
（4）若金屬棒上滑距離為L時(shí)速度恰達(dá)到最大，求金屬棒由靜止開始上滑4L的過程中，金屬棒上產(chǎn)生的電熱Q_r。

Answer 1

（1）（2）（3）（4）

（1）金屬棒先做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度為零時(shí)，金屬棒達(dá)到最大速度，此后開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)最大速度為v_m，則速度達(dá)到最大時(shí)有：
                                            2分
                              2分
                                           2分
（2）由（1）得：                         1分
                                     2分
（3）當(dāng)金屬棒的速度時(shí)，
由牛頓第二定律：                  2分
                                               2分
（4）設(shè)整個(gè)電路放出的電熱為，由能量守恒定律有：
                              2分
                                  1分
                                      1分
                                   1分