Question

【題目】圖（a），光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距L=0.2m，電阻R=0.4Ω，導(dǎo)軌上放一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.1Ω的金屬桿，導(dǎo)軌電阻可忽略不計，整個裝置處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感強(qiáng)度B=0.5T。現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉金屬桿，使之由靜止開始運(yùn)動，理想電壓表的示數(shù)U隨時間t變化的關(guān)系如圖（b）。

(1)5s末電阻R上消耗的電功率為多大？

(2)分析說明金屬桿的運(yùn)動情況；

(3)寫出外力F隨時間t變化的表達(dá)式。

Answer 1

【答案】(1)10W；(2)金屬桿做初速度為零勻加速直線運(yùn)動；(3)

【解析】

(1)由圖（b）知，t=5s時

U=2V

所以電阻R上消耗的電功率為

(2)

可知，因U隨時間均勻變化，故v也隨時間均勻變化，金屬桿做初速度為零勻加速直線運(yùn)動。

(3)由牛頓第二定律

代入數(shù)據(jù)得