問題詳情:
如圖*所示,MN、PQ為水平放置的足夠長的平行光滑導軌,導軌間距L為0.5m,導軌左端連接一個阻值為2的定值電阻R,將一根質量為0.2kg的金屬棒cd垂直放置在導軌上,且與導軌接觸良好,金屬棒cd的電阻r=2,導軌電阻不計,整個裝置處於垂直導軌平面向下的勻強磁場中,磁感應強度為B=2T.若棒以1m/s的初速度向右運動,同時對棒施加水平向右的拉力F作用,並保持拉力的功率恆為4W,從此時開始計時,經過2s金屬棒的速度穩定不變,圖乙為安培力與時間的關係圖象.試求:(1)金屬棒的最大速度;
(2)金屬棒速度為3m/s時的加速度; (3)求從開始計時起2s內電阻R上產生的電熱.
【回答】
解:(1) 金屬棒的速度最大時,所受合外力為零,即BIL=F
而 P=F·vm (1分) I= (1分)
解出 vm===4m/s (2分) (若根據圖象求解,同樣給分)
(2)速度為3m/s時,感應電動勢E=BLv=2×0.5×3=3V (1分)
電流 I=(1分),安培力F安=BIL (1分)
金屬棒受到的拉力 F==N(1分)
由牛頓第二定律得 F-F安=ma(1分)
解得 a===m/s2(1分)
(3) 在此過程中,由動能定理得
Pt+W安=mv-mv(2分)
W安=-6.5J(2分)
QR==3.25J(1分)
知識點:專題八 電磁感應
題型:綜合題