Question

1．足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌豎直放置，勻強(qiáng)磁場垂直紙面向外，相同規(guī)格的燈泡L₁、L₂均標(biāo)有“3V，3W”的字樣，連接成圖（甲）所示的電路．電鍵S斷開時，將一根電阻不計(jì)、質(zhì)量m=0.2kg的金屬棒從導(dǎo)軌上由靜止釋放，棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，計(jì)算機(jī)采集較長過程的數(shù)據(jù)并繪出完整的U-I圖象如圖（乙）所示，根據(jù)圖象可以推知金屬棒所能達(dá)到的最大速度v_m=1m/s．若僅改變金屬棒的質(zhì)量，閉合電鍵S，重新操作，為使金屬棒達(dá)到最大速度后兩只燈泡能夠正常發(fā)光，金屬棒的質(zhì)量應(yīng)調(diào)整為0.5kg．

Answer 1

分析 記錄較長時間說明導(dǎo)體棒已經(jīng)勻速，由此得到勻速運(yùn)動的電動勢和電流強(qiáng)度大小，根據(jù)閉合電路的歐姆定律和共點(diǎn)力的平衡條件進(jìn)行解答；閉合電鍵S，金屬棒達(dá)到最大速度后兩只燈泡能夠正常發(fā)光，由此求解電動勢和電流強(qiáng)度，根據(jù)電功率和機(jī)械功率的關(guān)系求解．

解答 解：計(jì)算機(jī)采集較長過程的數(shù)據(jù)并繪出完整的U-I圖象如圖（乙）所示，根據(jù)圖線可得勻速運(yùn)動時的電流強(qiáng)度為I=0.8A，對應(yīng)的電壓為E=2.5V；
根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件可得BIL=mg，解得BL=$\frac{mg}{I}=\frac{2}{0.8}=2.5$ （Tm）
根據(jù)E=BLv可得：v=$\frac{E}{BL}=\frac{2.5}{2.5}m/s=1m/s$；
兩只燈泡都能正常發(fā)光時回路中的感應(yīng)電動勢E′=BLv′=3V，金屬棒中的電流強(qiáng)度為I′=2×$\frac{3}{3}$A=2A；
解得最大速度v′=$\frac{E′}{BL}=\frac{3}{2.5}m/s$；
根據(jù)電功率和機(jī)械功率的關(guān)系可得：m′gv′=2P，
解得：$m′=\frac{2P}{gv′}=\frac{2×3}{10×\frac{3}{2.5}}kg$=0.5kg．
故答案為：1；0.5．

點(diǎn)評 本題主要是考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象與電路的問題，分析電路的連接情況、根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路的歐姆定律結(jié)合圖線給出的情景獲取信息進(jìn)行解答．