Question

（12分） 如图所示，间距l＝0.3 m的平行金属导轨a₁b₁c₁和a₂b₂c₂分别固定在两个竖直面内．在水平面a₁b₁b₂a₂区域内和倾角θ＝37°的斜面c₁b₁b₂c₂区域内分别有磁感应强度B₁＝0.4 T，方向竖直向上和B₂＝1 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场．电阻R＝0.3 Ω、质量m₁＝0.1 kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b₁、b₂点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好．一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m₂＝0.05 kg的小环．已知小环以a＝6 m/s²的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动．不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长．取g＝10 m/s²，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.

求(1)小环所受摩擦力的大小；

(2)Q杆所受拉力的瞬时功率．

Answer

(1)0.2 N (2)2 W

【解析】

试题分析：(1)以小环为研究对象，在环沿绳下滑过程中，受重力m2g和绳向上的摩擦力f，由牛顿第二定律知m2g－f＝m2a.

代入数据解得f＝m2(g－a)＝0.05×(10－6) N＝0.2 N.

(2)根据牛顿第二定律知，小环下滑过程中对绳的反作用力大小f′＝f＝0.2 N，所以绳上的张力FT＝0.2 N．设导体棒K中的电流为IK，则它所受安培力FK＝B1IKl，对导体棒K，由平衡条件知FT＝FK，所以电流IK＝ A.

因为导体棒Q运动切割磁感线而产生电动势，相当于电源．等效电路如图所示，因K、S、Q相同，所以导体棒Q中的电流IQ＝2IK＝ A

设导体棒Q运动的速度大小为v，则E＝B2lv

由闭合电路的欧姆定律知IQ＝

解得v＝5 m/s

导体棒Q沿导轨向下匀速下滑过程中，受安培力FQ＝B2IQl

由平衡条件知F＋m1gsin 37°＝FQ

代入数据解得F＝0.4 N

所以Q杆所受拉力的瞬时功率

P＝F·v＝0.4×5 W＝2 W．

考点：本题考查了电磁综合应用