Question

如圖1所示，空間存在B=0.5T，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場，MN、PQ是水平放置的平行長直導(dǎo)軌，其間距L=0.2m，R是接在導(dǎo)軌一端的電阻，ab是跨接在導(dǎo)軌上質(zhì)量m=0.1kg的導(dǎo)體棒．從零時(shí)刻開始，對ab棒施加一個(gè)大小為F=0.45N，方向水平向左的恒定拉力，使其從靜止開始沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，過程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，圖2是棒的速度--時(shí)間圖象，其中AO是圖象在O點(diǎn)的切線，AB是圖象的漸近線．

（1）除R以外，其余部分的電阻均不計(jì)，求R的阻值．
（2）當(dāng)棒的位移為100m時(shí)，其速度已經(jīng)達(dá)到了最大速度10m/s，求在此過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量．

Answer 1

【答案】分析：（1）由圖2的斜率求出t=0時(shí)刻棒的加速度，此時(shí)棒的速度為零，電路中感應(yīng)電流為零，棒不受安培力，根據(jù)牛頓第二定律求得摩擦力．根據(jù)圖象知道棒的最大速度為10m/s，此時(shí)棒做勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)安培力的公式和平衡條件求R．
（2）根據(jù)能量守恒定律求電阻R上產(chǎn)生的熱量．
解答：解：（1）由圖2的斜率得t=0時(shí)刻棒的加速度 a===2.5m/s²
設(shè)棒所受的滑動(dòng)摩擦力大小為f．
t=0時(shí)刻，棒不受安培力，根據(jù)牛頓第二定律得 F-f=ma
解得，f=0.2N
根據(jù)圖象知道棒的最大速度為v_m=10m/s，此時(shí)棒所受的安培力 F_安=
根據(jù)平衡條件得：F=f+F_安，則得
  F=f+
代入解得，R=0.4Ω
（2）當(dāng)棒的位移為100m時(shí)，根據(jù)能量守恒定律得：
    FS=fS+Q+
解得Q=20J
答：
（1）R的阻值是0.4Ω．
（2）當(dāng)棒的位移為100m時(shí)，其速度已經(jīng)達(dá)到了最大速度10m/s，在此過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量是20J．
點(diǎn)評：本題首先要根據(jù)圖象的信息，分析導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況，由斜率求出加速度，讀出最大速度，再由牛頓第二定律、安培力的公式和能量守恒進(jìn)行求解．中檔題．