Question

一個(gè)“”形導(dǎo)軌PONQ，其質(zhì)量為M=2.0 kg，放在光滑絕緣的水平面上，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，另有一根質(zhì)量為m=0.60 kg的金屬棒CD跨放在導(dǎo)軌上，CD與導(dǎo)軌的動(dòng)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(chǎng)以ab為界，左側(cè)的磁場(chǎng)方向豎直向上（圖中表示為垂直于紙面向外），右側(cè)磁場(chǎng)方向水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都是0.80 T，如圖所示。已知導(dǎo)軌ON段長(zhǎng)為0.50 m，電阻是0.40 Ω，金屬棒CD的電阻是0.20 Ω，其余電阻不計(jì).導(dǎo)軌在水平拉力作用下由靜止開始以0.20 m/s²的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，一直到CD中的電流達(dá)到4.0 A時(shí)，導(dǎo)軌改做勻速直線運(yùn)動(dòng).設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，取g=10 m/s²。求：

⑴導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)起來后，C、D兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)較高？

⑵導(dǎo)軌做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，水平拉力F的大小是多少？

⑶導(dǎo)軌做勻加速運(yùn)動(dòng)的過程中，水平拉力F的最小值是多少？

⑷CD上消耗的電功率為P=0.80 W時(shí)，水平拉力F做功的功率是多大？

 

Answer 1

【答案】

（1）C（2）2.48 N （3）1.6 N（4）6.72 W

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)右手定則，可知C點(diǎn)電勢(shì)較高。

（2）導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，CD棒所受安培力：F₁=BIL=1.6 N，方向向右

導(dǎo)軌所受摩擦力為：，方向向右

導(dǎo)軌受安培力：F₂=1.6 N，方向向右

水平拉力：F=F₂+f=2.48 N。

（3）導(dǎo)軌以加速度a做勻加速運(yùn)動(dòng)，速度為v時(shí)，有：①

當(dāng)速度為零時(shí)，水平力F最小，F(xiàn)_m=1.6 N。

（4）CD上消耗電功率為0.8 W時(shí)，電路中的電流為：

此時(shí)由：

解得導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的速度：v₄=3 m/s。

根據(jù)①可知：F₄=2.24 N

力F做功的功率為P₄=F₄v₄=6.72 W。

考點(diǎn)：本題考查電磁感應(yīng)綜合問題，涉及到勻變速直線運(yùn)動(dòng)，牛頓第二定律和電學(xué)的相關(guān)知識(shí)。