题目内容

如图所示,两足够长且间距L=1m的光滑平行导轨固定于竖直平面内,导轨的下端连接着一个阻值R=1Ω的电阻.质量为m=0.6Kg的光滑金属棒MN靠在导轨上,可沿导轨滑动且与导轨接触良好,整个导轨处在空间足够大的垂直平面向里的匀强磁场中,磁感应强度B=1T.现用内阻r=1Ω的电动机牵引金属棒MN,使其从静止开始运动直到获得稳定速度.若上述过程中电流表和电压表的示数始终保持1A和8V不变(金属棒和导轨的电阻不计,重力加速度g取10m/s2),求:
(1)电动机的输出功率;
(2)金属棒获得的稳定速度的大小;
(3)若金属棒从静止开始运动到获得稳定速度的过程中,棒上升的高度为1m,该过程中电阻R上产生的电热为0.7J,求此过程中经历的时间.

【答案】分析:(1)电动机的输出功率等于电动机消耗总功率减去线圈的热功率.
(2)金属棒受到拉力、重力、安培力作用向上做加速度减小的加速运动,当加速度减为零时,棒获得稳定速度.
(3)研究金属棒从静止开始运动到获得稳定速度的过程中,根据能量守恒列出等式求解.
解答:解:(1)电动机的输出功率(即绳对金属棒的拉力功率)为P
P=IU-I2r                 
P=7W                   
 (2 )金属棒受到拉力、重力、安培力作用向上做加速度减小的加速运动,当加速度减为零时,棒获得稳定速度,此后棒做匀速运动.
P=(mg+F安)v         
F安=BIL               
E=BLv         
I=          
P=(mg+)v       
解得:v=1m/s                  
(3)研究金属棒从静止开始运动到获得稳定速度的过程中,根据能量守恒列出等式:
          Pt=mgh+mv2+Q       
           t=1s
答:(1)电动机的输出功率是7W;
(2)金属棒获得的稳定速度的大小是1m/s;
(3)若金属棒从静止开始运动到获得稳定速度的过程中,棒上升的高度为1m,该过程中电阻R上产生的电热为0.7J,此过程中经历的时间是1s.
点评:解决本题的关键掌握闭合电路欧姆定律以及切割产生的感应电动势.
根据牛顿第二定律求加速度,以及结合运动学能够分析出金属棒的运动情况,当a=0时,速度达到最大.
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