题目内容

如图所示,两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角的绝缘斜面上,两导轨间距L=1m,导轨的电阻可忽略。M、P两点间接有阻值为R 的电阻。一根质量m=1kg、电阻r=0.2的均匀直金属杆ab放在两导轨上,与导轨垂直且接触良好。整套装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下。自图示位置起,杆受到大小为(式中v为杆ab运动的速度,力F的单位为N)、方向平行导轨沿斜面向下的拉力作用,由静止开始运动,测得通过电阻R的电流随时间均匀增大。(g取10m/s2)⑴试判断金属杆在匀强磁场中做何种运动,并请写出推理过程;⑵求电阻的阻值R;⑶金属杆ab自静止开始下滑通过位移x = 1m电阻R产生的焦耳热Q1=0.8J,求所需的时间和该过程中拉力做的功W

⑴金属杆做匀加速运动(或金属杆做初速为零的匀加速运动)。

通过R的电流:………………………………………………(2分)

因通过R的电流随时间均匀增大,即杆的速度时间均匀增大,杆的加速度为恒量,故金属杆做匀加速运动……………………………………………………(2分)  

⑵对回路,根据闭合电路欧姆定律

…………………………………………………………………………(1分)

对杆,根据牛顿第二定律有:

……………………………………………………(2分)

代入得:

…………………………………………(1分)

无关,所以:…………………………………………(1分)

…………………………………………………………(2分)

……………………………………………………………………………(1分)

⑶由杆做匀加速运动

……………………………………………………………………………(1分)

……………………………………………………………………………(1分)

解得 ……………………………………………………(2分)

对电路分析电路产生的总热量为Q

…………………………………………………………………………(1分)

由能的转化和守恒

…………………………………………………………(2分)

解得………………………………………………………………………(1分)

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