题目内容

如图所示,两根不计电阻的金属导线MNPQ放在水平面内,MN是直导线,PQPQ1段是直导线,Q1Q2段是弧形导线,Q2Q段是直导线,MNPQ1Q2Q相互平行,MP间接入一个阻值R=0.25W的电阻,一根质量为1.0 kg且不计电阻的金属棒AB能在MNPQ上无摩擦地滑动,金属棒始终垂直于MN,整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下,金属棒处于位置(I)时,给金属棒一个向右的速度v1=4 m/s,同时方向水平向右的外力F1=3 N作用在金属棒上使金属棒向右做匀减速直线运动,当金属棒运动到位置(II)时,外力方向不变,大小变为F2,金属棒向右做匀速直线运动,再经过时间t=2 s到达位置(III)。金属棒在位置(I)时,与MNQ1Q2接触于ab两点,ab的间距L1=1 m,金属棒在位置(II)时,棒与MNQ1Q2接触于cd两点,已知位置(I)、(II)间距为s1=7.5 m,求:

   (1)金属棒从位置(I)运动到位置(II)的过程中,加速度的大小;

   (2)cd两点间的距离L2

   (3)外力F2的大小;

   (4)金属棒从位置(II)运动到位置(Ⅲ)的过程中产生的热量Q

   (1)由牛顿第二定律F=ma 可知    F1maa=1 m/s2,(6分)

   (2)由匀加速直线运动的位移公式知:v12v22=2as1,解得v2=1 m/s,由于金属棒做匀减速直线运动,所以所受的外力为恒力,即前后所受的安培力相等。F1=FL12v1L22v2L2=2 m,(4分)

   (3)由于金属棒做匀速直线运动所以合力为零,有F2=FF2=4 N,(4分)

   (4)由功能关系可知外力F2所作的功全部转化成热量:Qs1=30 J,(4分)

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