Question

【题目】如图所示，两个平行光滑金属导轨AB、CD固定在水平地面上，其间距L=0.5m，左端接有阻值R=3的定值电阻。一根长度与导轨间距相等的金属杆順置于导轨上，金属 杆的质量m=0.2kg,电阻r=2，整个装置处在方向竖直向下、磁感应强度大小B=4T的匀强磁场中，t=0肘刻，在MN上加 一与金属杆垂直，方向水平向右的外力F，金属杆由静止开始 以a=2m/s2的加速度向右做匀加速直线运动，2s末撤去外力F，运动过程中金属杆与导轨始终垂直且接触良好。（不计导轨和连接导线的电阻，导轨足够长)求：

(1)1s末外力F的大小；

(2)撤去外力F后的过程中，电阻R上产生的焦耳热。

Answer 1

【答案】（1）2N（2）0.96J

【解析】

（1）t=1s时刻，金属杆MN的速度大小为 v1=at1=2×1=2m/s
金属杆MN产生的感应电动势为 E=BLv1
金属杆MN中的电流大小
金属杆MN受到的安培力大小 F安=BIL
联立得
根据牛顿第二定律得 F-F安=ma
联立解得 F=2N
（2）t=2s时刻，金属杆MN的速度大小为 v2=at2=2×2=4m/s
撤去外力F后的过程中，根据能量守恒定律得知电路中产生的总焦耳热 Q=mv22=×0.2×42=1.6J
电阻R上产生的焦耳热 QR=Q=×1.6J=0.96J