题目内容
【题目】如图所示，P1Q1P2Q2和M1N1M2N2为水平放置的平行导轨，整个装置处于竖直向上、磁感应强度B=0.40T的匀强磁场中，轨道足够长，其电阻可忽略不计。一质量为m=0.1㎏、阻值为R=1.0Ω的金属棒cd恰好垂直放在轨道的右半部分；另一相同材质、相同粗细的金属棒ab恰好垂直放在轨道的左半部分，它们与轨道形成闭合回路。已知Lab=2m，Lcd=1.0m，金属棒与轨道间的动摩擦因数μ=0.2，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2。在t=0时刻，给金属棒cd施加一水平向右的拉力F，使其从静止开始沿轨道以a=5m/s2的加速度匀加速直线运动。在运动过程中，导体棒始终与导轨垂直且接触良好。
（1）求金属棒cd运动多长时间后金属棒ab开始运动；
（2）若给金属棒cd施加的是水平向右的恒定拉力F0，拉金属棒cd以v2=20m/s的速度匀速运动时，金属棒ab也恰好以恒定速度沿轨道运动。求金属棒ab沿轨道运动的速度大小和水平外力F0的功率。
【答案】（1）0.75s（2）8.125m/s；8W
【解析】解：(1)由题意知，金属棒ab的质量
，电阻为
金属棒ab开始运动时
得 
金属棒ab所受安培力
得I=0.5A
通过金属棒的电流 
得E=1.5V
金属棒cd产生的电动势
得v=3.75 m/s
设金属棒cd运动t时间后金属棒ab开始运动，根据运动学公式可知，此时金属棒cd的速度v=at
解得t=0.75s
(2)设金属棒cd以速度v2=20m/s沿轨道匀速运动时，金属棒ab沿轨道匀速运动的速度大小为v1，根据法拉第电磁感应定律可得 
此时通过金属棒的电流
根据平衡条件有
解得v1=8.125m/s
以金属棒cd为研究对象，则有
解得F0=0.4N
则水平外力F0的功率为
