Question

【題目】如圖所示，MN與PQ是兩條水平放置彼此平行的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為l＝0.5 m．質(zhì)量m＝1.0 kg、電阻r＝0.5 Ω的金屬桿ab垂直跨接在導(dǎo)軌上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B＝2.0T，導(dǎo)軌左端接阻值R＝2.0 Ω的電阻，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．t＝0時(shí)刻ab桿受水平拉力F的作用后由靜止開(kāi)始向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，第4 s末，ab桿的速度為v＝2.0 m/s，重力加速度g取10 m/s2.求：

(1)4 s末ab桿受到的安培力F安的大��；

(2)若0～4 s時(shí)間內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為1.7 J，求這段時(shí)間內(nèi)水平拉力F做的功；

(3)若第4 s末以后，拉力不再變化，且從4 s末到金屬桿ab達(dá)到最大速度過(guò)程中通過(guò)桿的電量q＝1.6 C，則此過(guò)程金屬桿ab克服安培力做功W安為多少？

Answer 1

【答案】(1) 0.8 N (2) 4.125 J (3) 1.92 J

【解析】

(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律可得產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

由閉合電路歐姆定律可得電路中的電流為：

安培力大小為：

由以上方程可得：

(2)電阻R上產(chǎn)生的熱量為

電路中產(chǎn)生的總熱量為：

由能量守恒可得：

解得：

(3)4 s末ab桿運(yùn)動(dòng)的加速度為：

由牛頓第二定律可得：

解得：第4 s末拉力：

4 s后當(dāng)加速度時(shí)，ab桿的速度達(dá)到最大．所以速度最大時(shí)：

解得：

設(shè)ab桿在4 s末至最大速度過(guò)程中通過(guò)的位移為，根據(jù)

解得：

由動(dòng)能定理可得：

解得：