Question

平行金属导轨MN和PQ间距L=1.0m，与水平面之间的夹角a=30°，匀强磁场磁感应强度B=2.0T，垂直于导轨平面向上，MP间接有阻值为R=2.0Ω的电阻，其它电阻不计，质量m=2.0kg的金属秆ab垂直导轨放置，如图甲所示用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab，由静止开始运动，v～t图象如图乙，不计一切摩擦，g=10m/s²，导轨足够长．

求：
（1）恒力F的大小：
（2）根据v～t图象估算在前0.8s内电阻上产生的热量．

Answer 1

【答案】分析：（1）由乙图看出，杆的最大速度为4m/s，此时杆做匀速直线运动，受力平衡，安培力大小为F_安=，根据平衡条件可求出F．
（2）根据速度图象的“面积”大小等于位移，估算出前0.8s内杆的位移，估算时大于等于半格算一个，小于半格舍去．根据能的转化与守恒定律求解电阻R上产生的热量．
解答：解：（1）由图乙知，杆运动的最大速度v_m=4 m/s 此时有 F=mgsin α+F_安=mgsinα+
代入数据解得：F=18N．
（2）由图乙可知，0.8s末金属杆的速度v₁=2.2 m/s，前0.8s内图线与t轴所包围的小方格的个数约为27，面积为27×0.2×0.2=1.08，即前0.8 s内金属杆的位移为：
s=1.08 m
由能的转化与守恒定律得：
Q=Fs-mgssin α-mv₁²
代入数据得：Q=3.80 J．
答：
（1）恒力F的大小为18N．
（2）在前0.8s内电阻上产生的热量是3.80J．
点评：本题电磁感应与力学知识的综合，抓住速度图象的两个意义：斜率等于加速度，“面积”等于位移辅助求解．估算位移时，采用近似的方法，要学会运用．