Question

5．如圖所示，長為L、電阻r=0.3Ω、質(zhì)量m=0.1kg的金屬棒CD垂直跨擱在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌間距也是L，棒與導(dǎo)軌間接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計，導(dǎo)軌左端接有R=0.5歐的電阻．量程為3.0安的電流表串接在一條導(dǎo)軌上，量程為1.0伏的電壓表接在電阻R的兩端，垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場向下穿過平面．現(xiàn)以向右恒定外力F使金屬棒右移．當(dāng)金屬棒以v=2米/秒的速度在導(dǎo)軌平面上勻速滑動時，觀察到電路中的一個電表正好滿偏，而另一個電表未滿偏．問：
（1）此滿偏的電表是什么表？說明理由．
（2）拉動金屬棒的外力F多大？
（3）此時撤去外力F，金屬棒將逐漸慢下來，最終停止在導(dǎo)軌上．求從撤去外力到金屬棒停止運(yùn)動的過程中電阻R釋放的熱量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)感應(yīng)電動勢與閉合電路歐姆定律，即可求解；
（2）由安培力與外力平衡，與安培力大小相結(jié)合，即可求解；
（3）由能量守恒定律，及電熱與電阻成正比，即可求解．

解答 解：（1）滿偏的是電壓表．若電流表滿偏，則通過電阻R的電流為3A，電壓表的示數(shù)就為1.5V，超過電壓表的量程．
（2）設(shè)金屬棒勻速運(yùn)動時電壓表的示數(shù)為U，電流表的示數(shù)為I，
由題意可知：U=1V，I=2A，
此過程中：$U=\frac{BLv}{R+r}$•R，安培力：F=BIL，
聯(lián)立可解得：F=1.6N；
（3）由能量守恒定律得，電路中產(chǎn)生的焦耳熱：Q=$\frac{1}{2}$mv²，
由串聯(lián)電路規(guī)律可知，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱：Q′=$\frac{R}{R+r}$Q，
解得：Q′=0.125J；
答：（1）此滿偏的電表是電壓表，若電流表滿偏，則通過電阻R的電流為3A，電壓表的示數(shù)就為1.5V，超過電壓表的量程；
（2）拉動金屬棒的外力為1.6N．
（3）撤去外力F后，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為0.125J

點(diǎn)評 考查法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律與能量守恒定律，掌握E=BLV與F=BIL的公式的應(yīng)用，同時區(qū)別產(chǎn)生熱量與電阻的熱量的區(qū)別．