题目内容
如图1所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置，其宽度L=1m，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M与P之间连接阻值为R=0.40Ω的电阻，质量为m=0.01kg、电阻为r=0.30Ω的金属棒ab紧贴在导轨上．现使金属棒ab由静止开始下滑，下滑过程中ab始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x与时间t的关系如图2所示，图象中的OA段为曲线，AB段为直线，导轨电阻不计，g=10m/s2（忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响），试求：（1）当t=1.5s时，重力对金属棒ab做功的功率；
（2）金属棒ab在开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量；
（3）磁感应强度B的大小．
分析：（1）由题，x-t图象AB段为直线，说明从t=1.5s时开始金属棒ab做匀速直线运动，由图线的斜率求出速度，再求解重力的功率．
（2）根据能量守恒定律和焦耳定律求解金属棒ab在开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量；
（3）推导出安培力的表达式，根据平衡条件求出磁感应强度B的大小．
（2）根据能量守恒定律和焦耳定律求解金属棒ab在开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量；
（3）推导出安培力的表达式，根据平衡条件求出磁感应强度B的大小．
解答：解：（1）由x-t图象求得t=1.5s时金属棒的速度为v=
=
m/s=7m/s
t=1.5s时，重力对金属棒ab做功的功率为P=mgv=0.01×10×7W=0.7W．
（2）金属棒ab在开始运动的1.5s内，金属棒的重力势能减小转化为金属棒的动能和电路的内能．设电路中产生的总焦耳热为Q，根据能量守恒定律得
mgx=
mv2+Q
代入解得Q=0.455J
由焦耳定律得R中发热QR=I2Rt，金属棒ab发热Qr=I2rt，则QR：Qr=R：r=4：3
又QR+Qr=Q
解得QR=0.26J
（3）金属棒匀速运动时所受的安培力大小为F=BIL，而I=
，E=BLv
得到F=
根据平衡条件得F=mg
则有
=mg
代入解得B=0.1T
答：
（1）当t=1.5s时，重力对金属棒ab做功的功率为0.7W．
（2）金属棒ab在开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量为0.26J；
（3）磁感应强度B的大小为0.1T．
| △x |
| △t |
| 11.2-7.0 |
| 2.1-1.5 |
t=1.5s时，重力对金属棒ab做功的功率为P=mgv=0.01×10×7W=0.7W．
（2）金属棒ab在开始运动的1.5s内，金属棒的重力势能减小转化为金属棒的动能和电路的内能．设电路中产生的总焦耳热为Q，根据能量守恒定律得
mgx=
| 1 |
| 2 |
代入解得Q=0.455J
由焦耳定律得R中发热QR=I2Rt，金属棒ab发热Qr=I2rt，则QR：Qr=R：r=4：3
又QR+Qr=Q
解得QR=0.26J
（3）金属棒匀速运动时所受的安培力大小为F=BIL，而I=
| E |
| R+r |
得到F=
| B2L2v |
| R+r |
根据平衡条件得F=mg
则有
| B2L2v |
| R+r |
代入解得B=0.1T
答：
（1）当t=1.5s时，重力对金属棒ab做功的功率为0.7W．
（2）金属棒ab在开始运动的1.5s内，电阻R上产生的热量为0.26J；
（3）磁感应强度B的大小为0.1T．
点评：电磁感应往往从两个角度研究：一是力，关键是安培力的分析和计算，F=
是常用的经验公式，要记牢．二是从能量的角度，关键分析能量如何转化．
| B2L2v |
| R+r |
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