如图*所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.30m.导轨电阻忽略不计...

问题详情：

如图*所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.30m.导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R=0.40Ω.导轨上停放一质量m=0.10kg、电阻r=0.20Ω的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下.用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示.

（1）试*金属杆做匀加速直线运动，并计算加速度的大小；

（2）求第2s末外力F的瞬时功率；

（3）如果水平外力从静止开始拉动杆2s所做的功W=0.35J，求金属杆上产生的焦耳热.

【回答】

解：（1）设路端电压为U，金属杆的运动速度为v，则感应电动势：E = BLv，

通过电阻R的电流：

电阻R两端的电压：U= 

由图乙可得： U=kt，k=0.10V/s

解得：

因为速度与时间成正比，所以金属杆做匀加速运动，加速度：

（2）在2s末，速度：v2=at=2.0m/s，电动势：E=BLv2，

通过金属杆的电流：

金属杆受安培力： 

解得：F安=7.5×10-2N

设2s末外力大小为F2，由牛顿第二定律：  ，

解得：F2=1.75×10-1N          

故2s末时F的瞬时功率 P=F2v2=0.35W                                      

(3) 设回路产生的焦耳热为Q，

由能量守恒定律：W =Q＋

解得：Q=0.15J                          

电阻R与金属杆的电阻r串联，产生焦耳热与电阻成正比所以， ，

运用合比定理，，而

故在金属杆上产生的焦耳热： 

解得：Qr=5.0×10-2J

知识点：专题八 电磁感应

题型：综合题