Question

一個“II”形導(dǎo)軌PONQ，其質(zhì)量為M=2.0kg，放在光滑絕緣的水平面上，處于勻強(qiáng)磁場中，另有一根質(zhì)量為m=0.60kg的金屬棒CD跨放在導(dǎo)軌上，CD與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)是0.20，CD棒與ON邊平行，左邊靠著光滑的固定立柱a、b勻強(qiáng)磁場以ab為界，左側(cè)的磁場方向豎直向上（圖中表示為垂直于紙面向外），右側(cè)磁場方向水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都是0.80T，如圖所示。已知導(dǎo)軌ON段長為0.50m，電阻是0.40Ω，金屬棒CD的電阻是0.2Ω，其余電阻不計。導(dǎo)軌在水平拉力作用下由靜止開始以0.2m/s²的加速度做勻加速直線運(yùn)動，一直到CD中的電流達(dá)到4A時，導(dǎo)軌改做勻速直線運(yùn)動。設(shè)導(dǎo)軌足夠長，取g=10m/s²。求：
   （1）導(dǎo)軌運(yùn)動起來后，C、D兩點哪點電勢較高？
   （2）導(dǎo)軌做勻速運(yùn)動時，水平拉力F的大小是多少？
   （3）導(dǎo)軌做勻加速運(yùn)動的過程中，水平拉力F的最小值是多少？
   （4）CD上消耗的電功率為P=0.8W時，水平拉力F做功的功率是多大？

Answer 1

（1）C點電勢較高。 （2）導(dǎo)軌勻速運(yùn)動時，CD棒受安培力F_1­=BIL=1.6N，方向向上。 導(dǎo)軌受摩擦力N，方向向右。 導(dǎo)軌受安培力F₂=1.6N，方向向右。 水平拉力F=F₂+f=2.48N。 （3）導(dǎo)軌以加速度a做勻加速運(yùn)動，速度為時，有 ① 當(dāng)速度時，水平力F最小，F(xiàn)_­m=1.6N。 （4）CD上消耗電功率P=0.8W時，電路中的電流為。 此刻，由 解得導(dǎo)軌的運(yùn)動速度 。 由①式可得F₄=2.24N。 力F做功的功率P₄=F₄v₄=6.72W 評分： （1）說明C點電勢較高得2分；（2）求出摩擦力和安培力各得2分，求出水平拉力大小再得1分；（3）列出①式得3分，求出水平拉力的最小值是2分；（4）求出電路中電流、導(dǎo)軌的運(yùn)動速度各得2分，求出水平拉力得2分，求出力F做功的功率再得2分。