Question

平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ間距L=1.0m，與水平面之間的夾角a=30°，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.0T，垂直于導(dǎo)軌平面向上，MP間接有阻值為R=2.0Ω的電阻，其它電阻不計(jì)，質(zhì)量m=2.0kg的金屬稈ab垂直導(dǎo)軌放置，如圖甲所示用恒力F沿導(dǎo)軌平面向上拉金屬桿ab，由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，v～t圖象如圖乙，不計(jì)一切摩擦，g=10m/s²，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)．

求：
（1）恒力F的大小：
（2）根據(jù)v～t圖象估算在前0.8s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量．

Answer 1

分析：（1）由乙圖看出，桿的最大速度為4m/s，此時(shí)桿做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，受力平衡，安培力大小為F_安=

B2L2vm

R

，根據(jù)平衡條件可求出F．
（2）根據(jù)速度圖象的“面積”大小等于位移，估算出前0.8s內(nèi)桿的位移，估算時(shí)大于等于半格算一個(gè)，小于半格舍去．根據(jù)能的轉(zhuǎn)化與守恒定律求解電阻R上產(chǎn)生的熱量．

解答：解：（1）由圖乙知，桿運(yùn)動(dòng)的最大速度v_m=4 m/s　 此時(shí)有 F=mgsin α+F_安=mgsinα+

B2L2vm

R

代入數(shù)據(jù)解得：F=18N．　
（2）由圖乙可知，0.8s末金屬桿的速度v₁=2.2 m/s，前0.8s內(nèi)圖線(xiàn)與t軸所包圍的小方格的個(gè)數(shù)約為27，面積為27×0.2×0.2=1.08，即前0.8 s內(nèi)金屬桿的位移為：
s=1.08 m　
由能的轉(zhuǎn)化與守恒定律得：
Q=Fs-mgssin α-

1

2

mv₁²　
代入數(shù)據(jù)得：Q=3.80 J．　
答：
（1）恒力F的大小為18N．
（2）在前0.8s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量是3.80J．

點(diǎn)評(píng)：本題電磁感應(yīng)與力學(xué)知識(shí)的綜合，抓住速度圖象的兩個(gè)意義：斜率等于加速度，“面積”等于位移輔助求解．估算位移時(shí)，采用近似的方法，要學(xué)會(huì)運(yùn)用．