题目内容

【题目】如图(甲)所示,MNPQ为水平放置的足够长平行光滑导轨,导轨间距为L=0.5m,导轨左端连接的定值电阻R=1.5Ω,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B=2T。将电阻为r=0.5Ω的金属棒ab垂直放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨电阻不计。规定水平向右为x轴正方向,在x=0处给棒一个向右的初速度,同时对棒施加水平向右的拉力F作用,棒在运动过程中受的安培力FA随位移x的关系图象如图(乙)所示。求:

1)金属棒速度v1=1m/s时,金属棒受到安培力大小FA1

2)金属棒运动到x=2m时,速度大小v2

3)估算金属棒运动到x=2m过程克服安培力做功值WA

【答案】10.5N;(21.6m/s;(31.2J

【解析】

1)由法拉第电磁感应定律得感应电动势

E1=BLv1

由闭合电路欧姆定律得回路中感应电流

由安培力公式有

FA1=BLI1

①②③式得

2)由图乙可得,金属棒运动到x=2m处,受到的安培力

FA2=0.8N⑤

①②③式得

3)由FAx图象中图线与x轴围成面积值就等于此过程安培力做的功,由图可得在0~2m区域内大约有60个小方格,每个小方格面积值

0.1×0.2=0.02J⑦

所以此过程克服安培力做功

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