Question

如图所示，两根相距为L=2.0m的金属轨道固定于水平面上，导轨电阻不计，一根质量为m=1.0kg、长为L=2.0m、电阻为r=2.0Ω的金属棒两端放于导轨上，导轨与金属棒间的动摩擦因数为μ=0.20，棒与导轨的接触电阻不计。导轨左端连有阻值为R=4.0Ω的电阻，在电阻两端接有电压传感器并与计算机相连。有n段垂直导轨平面的宽度为c=3.0m，间距为d=2.0m 的匀强磁场，磁感强度大小为B=1.0T，方向垂直纸面向里。金属棒初始位于OO′处，与第一段磁场相距s=6.0m 。（g 取10m/s2）

（1）若金属棒向右的初速度v0=3.0m/s，为使金属棒保持匀速直线运动一直向右穿过各磁场，需对金属棒施加一个水平向右的拉力，求金属棒进入磁场前拉力F1 的大小和进入磁场后拉力F2的大小；

（2）在（1）问的情况下，求金属棒OO′开始运动到刚离开第10段磁场过程中，拉力所做的功；

（3）若金属棒初速度为零，现对棒施以水平向右的恒定拉力F=4.0N ，使棒穿过各段磁场，发现计算机显示出的电压随时间以固定的周期做周期性变化，图像如图所示（从金属棒进入第一段磁场开始计时，图中虚线与时间轴平行）。求金属棒每穿过一个磁场过程中回路中产生的焦耳热，以及金属棒从第10段磁场穿出时的速度。

Answer 1