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如图所示，水平面上有两电阻不计的金属导轨平行固定放置，间距d 为0.5米，左端通过导线与阻值为2欧姆的电阻R连接，右端通过导线与阻值为4欧姆的小灯泡L连接；在CDEF矩形区域内有竖直向上均匀磁场，CE长为2米，CDEF区域内磁场的磁感应强度B如图所示随时间t变化；在t=0s时，一阻值为2欧姆的金属棒在恒力F作用下由静止从AB位置沿导轨向右运动，金属棒与金属导轨的摩擦力为0.2N．当金属棒从AB位置运动到EF位置过程中，小灯泡始终正常发光．求：
（1）小灯泡的额定电流强度；
（2）恒力F的大小；
（3）运动到EF位置过程中金属棒的最大动能．

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（1）在金属棒棒未进磁场，电路中总电阻：R总=RL+
R
2
=4+1=5Ω 
线框中感应电动势：E1=
△φ
△t
=
△BS
△t
=
2×2×0.5
4
V=0.5V
灯泡的额定电流强度：IL=
E
R总
=
0.5
5
A=0.1A
（2）因灯泡中亮度不变，故在4秒末金属棒棒刚好进入磁场，且作匀速直线运动，
此时金属棒棒中的电流强度：I=IL+IR=IL+
ILRL
R
=0.1+
0.1×4
2
A=0.3A
恒力F的大小：F=FA+f=BId+f=2×0.3×0.5 N+0.2N=0.5 N  
（3）金属棒产生感应电动势：E2=I(R+
RLR
RL+R
)=0.3×(2+
2×4
2+4
)V=1V
金属棒在磁场中的速度：v=
E2
Bd
=
1
2×0.5
m/s=1m/s
金属棒的加速度：a=
v
t
=
1
4
m/s2
据牛顿第二定律，金属棒的质量：m=
F-f
a
=
0.3
0.25
kg=1.2kg
Ek=
mv2
2
=0.6J     
答：（1）小灯泡的额定电流强度0.1A；
（2）恒力F的大小0.5N；
（3）运动到EF位置过程中金属棒的最大动能为0.6J．
练习册系列答案
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