题目内容

如图(甲)所示, 足够长的光滑平行金属导轨MNPQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.30m。导轨电阻忽略不计,其间连接有定值电阻R=0.40Ω。导轨上静置一质量m=0.10kg、电阻r=0.20Ω的金属杆ab,整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下。用一外力F沿水平方向拉金属杆ab,使它由静止开始运动(金属杆与导轨接触良好并保持与导轨垂直),电流传感器(不计传感器的电阻)可随时测出通过R的电流并输入计算机,获得电流I随时间t变化的关系如图(乙)所示。求金属杆开始运动2.0s时:
(1)金属杆ab受到安培力的大小和方向;
(2)金属杆的速率;
(3)对图像分析表明,金属杆在外力作用下做的是匀加速直线运动,加速度大小a=0.40m/s2,计算2.0s时外力做功的功率。

(1)由图乙可知2.0s时通过金属杆ab的电流为0.2A,此时金属杆受到的安培力 F=BIL 解得:F= 3.0×10-2N 方向水平向左(2)设金属杆产生的感应电动势为E,根据闭合电路欧姆定律 I=解得:E=0.12V设金属杆在2.0s时的速率为v1,则 E=BLv1解得:v1=0.80m/s(3)根据牛顿第二定律 F-F=ma解得:在2.0s时拉力F=7.0×10-2N 设2.0s时外力F做功的功率为P,则P=Fv1解得:P=5.6×10-2W
练习册系列答案
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