Question

3．如圖所示，電動(dòng)機(jī)牽引一根原來靜止的長L為1m、質(zhì)量m為0.1kg的導(dǎo)體棒MN，其電阻R為1Ω．導(dǎo)體棒架在處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1T、豎直放置的框架上，當(dāng)導(dǎo)體棒上升h為3.8m時(shí)獲得穩(wěn)定的速度，導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量為2J．電動(dòng)機(jī)牽引棒時(shí)，電壓表、電流表的讀數(shù)分別為7V、1A．電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻r為1Ω，不計(jì)框架電阻及一切摩擦，g取10m/s²，求：
（1）導(dǎo)體棒的最大速度為多少？
（2）從開始到達(dá)到最大速度過程中所用時(shí)間為多少？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸出功率P_出=Fv和穩(wěn)定時(shí)F=mg+F_安結(jié)合求出穩(wěn)定時(shí)的速度v．
（2）根據(jù)能量守恒定律列式求出時(shí)間t．

解答 解：（1）電動(dòng)機(jī)的輸出功率為：P_出=IU-I²r=6W；
電動(dòng)機(jī)的輸出功率就是電動(dòng)機(jī)牽引棒的拉力的功率，則有：P_出=Fv
當(dāng)棒達(dá)穩(wěn)定速度時(shí)有：F=mg+BI′L
感應(yīng)電流為：I′=$\frac{E}{R}$=$\frac{BLv}{R}$，
棒所受的安培力大小為：F_安=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$，
根據(jù)平衡條件得：F=mg+F_安，
聯(lián)立以上三式，解得棒達(dá)到的穩(wěn)定速度為：v=2m/s．
（2）由能量守恒定律得：P_出t=mgh+$\frac{1}{2}$mv²+Q
解得：t=1s．
答：（1）導(dǎo)體棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的速度為2m/s．
（2）導(dǎo)體棒從靜止到達(dá)穩(wěn)定速度所需要的時(shí)間是1s．

點(diǎn)評(píng) 本題是電磁感應(yīng)與電路知識(shí)、力學(xué)知識(shí)的綜合，棒運(yùn)動(dòng)情況與汽車額定功率起動(dòng)類似，要有聯(lián)想能力．