Question

【題目】如圖所示，水平放置的三條光滑平行金屬導(dǎo)軌a，b，c，相距均為d＝1m，導(dǎo)軌ac間橫跨一質(zhì)量為m＝1kg的金屬棒MN，棒與導(dǎo)軌始終良好接觸．棒的總電阻r＝2Ω，導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)．在導(dǎo)軌bc間接一電阻為R＝2Ω的燈泡，導(dǎo)軌ac間接一理想電壓表．整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2T勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下．現(xiàn)對(duì)棒MN施加一水平向右的拉力F，使棒從靜止開始運(yùn)動(dòng)，已知施加的水平外力功率恒定，經(jīng)過t＝1s時(shí)間棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)速度3m／s．試求：

（1）金屬棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)施加水平恒力F為多大?水平外力F的功率為多少?

（2）金屬棒達(dá)到穩(wěn)定時(shí)電壓表的讀數(shù)為多少?

（3）此過程中燈泡產(chǎn)生的熱量是多少?

Answer 1

【答案】（1）4N，12W（2）U=10V（3）

【解析】試題分析：（1）當(dāng)時(shí)，金屬棒速度達(dá)到穩(wěn)定，則

，聯(lián)立得，。

（2）設(shè)電壓表的讀數(shù)為U，則有

，代入數(shù)據(jù)得。

（3）設(shè)小燈泡和金屬棒產(chǎn)生的熱量分別為，根據(jù)焦耳定律得知：

由功能關(guān)系得：，代入數(shù)據(jù)得。