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水平面上两根足够长的光滑金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值R的电...

水平面上两根足够长的光滑金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值R的电阻连接,导轨上放一质量为m的金属杆(见图甲),导轨的电阻忽略不计,匀强磁场方向竖直向下,用与平轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上,金属杆从静止开始运动,电压表的读数发生变化,但最终将会保持某一数值U恒定不变;当作用在金属杆上的拉力变为另一个恒定值时,电压表的读数最终相应地会保持另一个恒定值不变,U与F的关系如图乙.若m=0.5kg,L=0.5m,R=0.5Ω,金属杆的电阻r=0.5Ω.(重力加速度g=10m/s2)求:
(1)磁感应强度B;
(2)当F=2.5N时,金属杆最终匀速运动的速度;
(3)在上述(2)情况中,当金属杆匀速运动时,撤去拉力F,此后电阻R上总共产生的热量.

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(1)随着速度的增加,回路中的感应电流增大,安培力增大,金属杆的加速度减小,最终匀速时,安培力等于外力F,因此根据物理关系式写出U与F的函数关系式,然后依据有关数学知识即可求解. (2)当F=2.5N时,由图象可得U=2.5V,然后由闭合电路的欧姆定律和法拉第电磁感应定律即可求解; (3)当棒撤去拉力后,金属杆做减速运动,最终静止.由能量转化守恒定律即可求出电阻上产生的热量. 【解析】 (1)由部分电路欧姆定律① 金属杆所受安培力F安=BIL② 由于金属杆匀速运动F安=F③ 从U-F图象中取一点F=8N U=8V④ 由①②③④式解得B=1T (2)当F=2.5N时,由图象可得U=2.5V⑤ 据闭合电路欧姆定律得⑥ 金属杆产生的感应电动势    E=BLv     ⑦ 由⑤⑥⑦式解得:v=10m/s (3)撤去拉力后,金属杆做减速运动,最终静止. 由能量转化守恒定律知电路中产生总的热量⑧ 电阻R产生的总热量⑨ 由⑧⑨式解得QR=12.5J 答:(1)磁感应强度B=1T; (2)当F=2.5N时,金属杆最终匀速运动的速度是10m/s; (3)撤去拉力F后电阻R上总共产生的热量是12.5J.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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