Question

如圖所示，MN與PQ是兩條水平放置彼此平行的金屬導(dǎo)軌，質(zhì)量m=0.2kg，電阻r=0.5Ω的金屬桿ab垂直跨接在導(dǎo)軌上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線垂直于導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌左端接阻值R=2Ω的電阻，理想電壓表并接在R兩端，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．t=0時(shí)刻ab受水平拉力F的作用后由靜止開(kāi)始向右作勻加速運(yùn)動(dòng)，ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2．第4s末，ab桿的速度為v=1m/s，電壓表示數(shù)U=0.4V．取重力加速度g=10m/s2．

（1）在第4s末，ab桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和受到的安培力各為多大？

（2）若第4s末以后，ab桿作勻速運(yùn)動(dòng)，則在勻速運(yùn)動(dòng)階段的拉力為多大？整個(gè)過(guò)程拉力的最大值為多大？

（3）若第4s末以后，拉力的功率保持不變，ab桿能達(dá)到的最大速度為多大？

（4）在虛線框內(nèi)的坐標(biāo)上畫(huà)出上述（2）、（3）兩問(wèn)中兩種情形下拉力F隨時(shí)間t變化的大致圖線（要求畫(huà)出0—6s的圖線，并標(biāo)出縱坐標(biāo)數(shù)值）．

 

Answer 1

【答案】

略

【解析】（1）（4分）4s末的感應(yīng)電流：

電動(dòng)勢(shì)：       ( 2分)

由得    ( 1分)

 4s末ab受的安培力：   ( 1分)

（2）（3分）勻速階段，ab受力平衡：

拉力           ( 1分)

加速過(guò)程達(dá)第4s末時(shí)拉力最大，

    ( 2分)

（3）（4分）若第4s末開(kāi)始，拉力的功率不變，此時(shí)

 ( 1分)

設(shè)ab的最大速度為，此時(shí)的拉力為，則

       ( 1分)

代入數(shù)據(jù)：；

    ( 2分)

(4) （4分）上述兩種情況拉力F隨時(shí)間t變化大致圖線

            在（3）情形中最終拉力為 

              圖線、坐標(biāo)值全對(duì)各得2分