Question

【题目】小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距l=0．50 m，倾角θ=53°，导轨上端串接一个R=0．05 Ω的电阻。在导轨间长d=0．56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B=2．0 T。质量m=4．0 kg的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连。CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s=0．24 m。一位健身者用恒力F=80 N拉动GH杆，CD棒由静止开始运动，上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直。当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置（重力加速度g=10 m/s2，sin 53°=0．8，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量）。求

（1）CD棒进入磁场时速度v的大小；

（2）CD棒进入磁场时所受的安培力FA的大小；

（3）在拉升CD棒的过程中，健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q。

Answer 1

【答案】（1）2．4 m/s （2）48 N （3）64 J 26．88 J

【解析】

试题分析：（1）由牛顿定律①

进入磁场时的速度②

（2）感应电动势③

感应电流④

安培力⑤

代入得⑥

（3）健身者做功⑦

由牛顿定律；⑧

CD棒在磁场区做匀速运动

在磁场中运动时间⑨

焦耳热⑩