题目内容
【题目】如图甲所示,空间存在B=0.5T方向竖直向下的匀强磁场。MN、PQ是相互平行的粗糙的长直导轨,处于同一水平面内,其间距L=0.2m,电阻R=0.4Ω;ab是垂直跨接在导轨上质量m=0.1kg的导体棒,它与导轨间的动摩擦因数μ=0.2。从t=0时刻开始,通过一小型电动机对ab棒施加一个水平向左的牵引力F,使其从静止开始沿导轨做加速运动,此过程中导体棒始终保持与导轨垂直且接触良好。图乙是导体棒的速度—时间图象(其中OA是直线,AC是曲线,DE是AC曲线的渐近线)。小型电动机在12s末达到额定功率(设电动机的功率为它的输出功率),此后功率保持不变。除R以外,其余部分的电阻均不计,g取10m/s2。求:
![]()
(1)导体棒在0~12s内的加速度大小;
(2)电动机的额定功率;
(3)若已知0~12s内电阻R上产生的热量为12.5J,则此过程中牵引力做的功。
【答案】(1)
(2)
(3)![]()
【解析】(1)由v-t图象可知,在0-12s内,导体棒ab做匀加速直线运动,从图象的斜率可知,导体棒在这段时间内的加速度大小为: ![]()
(2)当导体棒达到最大速度后,受力平衡,此时电动机牵引力F、摩擦力和安培力之间的关系为:
![]()
导体棒匀速率切割磁感线产生的感应电动势: ![]()
由闭合电路欧姆定律可知,回路中的感应电流![]()
导体棒达到最大速度后,电动机的额定功率: ![]()
联立上述各式得: ![]()
(3)在0-12s内,电动机牵引力为变力,由动能定理可知:
,其中v12=9m/s
,由v-t图象可知,
=54m
则
=10.8J
而在这段时间内,克服安培力做的功,都转化为内能,故
=12.5J
故在0-12s内,牵引力F做的功
=27.35J
练习册系列答案
相关题目