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如图,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0....

如图,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.2m,电阻R=0.4Ω,导轨上停放着一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆CD,导轨电阻不计,整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下.现用一在导轨平面内,且垂直于金属杆CD的外力F,沿水平方向拉杆,使之由静止开始做加速度为a=5m/s2的匀加速直线运动,试:
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(1)推导出电压表的示数随时间变化的关系式,并在图中画出电压表的示数U随时间t变化的图象.
(2)推导外力F随时间t的变化变化关系.
(3)推导外力F的功率随时间t如何变化,并求出第2s末时外力F的瞬时功率P.
(1)根据E=BLv、I=、U=IR及v=at得到电阻R两端的电压U与速度v的关系式,由图象得到U与t成正比,u=kt,求出k,即可得到U的表达式. (2)安培力f=BIL=,根据牛顿第二定律求解外力的表达式. (3)由加速度求出2s末金属杆的速度,由F=BIL求出安培力,根据牛顿第二定律求解外力的大小,由P=Fv求出外力的功率. 【解析】 (1)t时刻金属杆CD的速度 v=at 电压表示数为U=IR=v 则得 U=at 由图得:U=kt,联立则得k=0.4 V/s 所以U=0.4 t(V).如图  (2)杆所受的安培力 f=BIL=,根据牛顿第二定律得    F-f=ma 代入得 F=+ma=at+ma=k′t+ma, 解得,k′=0.1 N/s, 故外力F随时间t的变化关系式 F=0.1 t+0.5(N) (3)外力F的瞬时功率P=Fv P=(k′t+ma)at=0.5 t2+2.5 t(W) 可见F的瞬时功率与时间成二次函数关系, 第2s末得到:P=7 W 答: (1)电压表的示数随时间变化的关系式为U=0.4 t(V).在图中画出电压表的示数U随时间t变化的图象如图. (2)外力F随时间t的变化变化关系为F=0.1 t+0.5(N). (3)外力F的功率随时间t的关系为P=0.5 t2+2.5 t(W),第2s末时外力F的瞬时功率P是7W.
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考点分析:
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根据机械能守恒定律,取小球到达最低点位置为零势能点,则下抛时机械能等于最低点时的机械能,mgL+manfen5.com 满分网mvA2=manfen5.com 满分网mvB2; 先求出B点的速度,再求出B点的加速度.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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