Question

【題目】如圖甲所示,足夠長(zhǎng)的“U”型金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，金屬導(dǎo)軌寬度L=1m，導(dǎo)軌上放有垂直導(dǎo)軌的金屬桿P，金屬桿質(zhì)量為m=0.1kg，空間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)連接在導(dǎo)軌兩端的電阻R=3.0Ω，金屬桿的電阻r=1.0Ω,其余部分電阻不計(jì)某時(shí)刻給金屬桿一個(gè)水平向右的恒力F，金屬桿P由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，圖乙是金屬桿P運(yùn)動(dòng)過(guò)程的圖象,導(dǎo)軌與金屬桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5，在金屬桿P運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,第一個(gè)2s內(nèi)通過(guò)金屬桿P的電荷量與第二個(gè)2s內(nèi)通過(guò)P的電荷量之比為3：5，g取10m/s2,求：

(1)水平恒力F的大小；

(2)求前2s內(nèi)金屬桿P運(yùn)動(dòng)的位移大��；

(3)前4s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量．

Answer 1

【答案】（1）0.75N；（2）4.8m；（3）1.8J．

【解析】

（1）由圖乙可知金屬桿P先作加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，2s后做勻速直線運(yùn)動(dòng)．當(dāng)t=2s時(shí)，v=4m/s，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

E=Blv

感應(yīng)電流

安培力

根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律有

F-F'-μmg=0

解得

F=0.75N

（2）通過(guò)金屬桿P的電荷量

其中

所以

（x為P的位移）

設(shè)第一個(gè)2s內(nèi)金屬桿P的位移為x1，第二個(gè)2s內(nèi)P的位移為x2，則

△Φ1=BLx1

△Φ2=BLx=BLvt

由于q1：q2=3：5

聯(lián)立解得

x2=8m，x1=4.8m．

（3）前4s內(nèi)由能量守恒得

其中

Qr：QR=r：R=1：3

解得：

QR=1.8J．