如圖甲所示,光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導(dǎo)軌間距L=0.2m,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),其間連接有固定電阻R=1Ω。導(dǎo)軌上放一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.5Ω的金屬桿ab,整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向豎直向下,F(xiàn)用一與導(dǎo)軌平面平行且與ab垂直的外力F拉金屬桿ab,使之由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng),將R兩端的電壓U輸入示波器,獲得電壓U隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示。
(1)求金屬桿的加速度大小
(2)求第2s末F的瞬時(shí)功率
(3)F作用到2s時(shí)撤去,求撤去F后定值電阻R上產(chǎn)生焦耳熱的最大值
(1)1.5 m/s2(2)0. 51W。3)Q=0.3J
(1)由圖乙知:U=Kt=0.1t 、
通過(guò)R中的電流強(qiáng)度I==0.1t 、
由閉合電路歐姆定律E=I(R+r)=0.15t 、
ab切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=BLv
得v=1.5t ④
因速度v與時(shí)間成正比,故導(dǎo)體棒作勻加速運(yùn)動(dòng),設(shè)加速度為 a,則
v=a t a=1.5 m/s2 ⑤
(2)由牛頓運(yùn)動(dòng)定律F=BIL+ ma=+ ma=0.01t+0.15、
當(dāng)t=2s時(shí),F=0.17N,v=3m/s
由P=Fv=0. 51W 、
(3)撤去F后,導(dǎo)體棒作減速運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)體棒的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電路中電阻上的焦耳熱,則定值電阻產(chǎn)生的焦耳熱的最大值為
Q=×mv2 、
Q=0.3J 、
第①~⑤及⑨每式2分,第⑥~⑧式每式3分,運(yùn)用其它方法得出正確結(jié)論,參照給分。
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