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如图甲所示,MN、PQ为水平放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距L为0.5m,导...

如图甲所示,MN、PQ为水平放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距L为0.5m,导轨左端连接一个2Ω的电阻R,将一根质量为0.2kg的金属棒cd垂直地放置导轨上,且与导轨接触良好,金属棒的电阻r大小为1Ω,导轨的电阻不计,整个装置放在磁感强度为2T的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向下,现对金属棒施加一水平向右的拉力F,使棒从静止开始向右运动.当棒的速度达到3m/s后保持拉力的功率恒为3W,从此时开始计时(即此时t=0)已知从计时开始直至金属棒达到稳定速度的过程中电流通过电阻R做的功为2.2J.试解答以下问题:
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(1)金属棒达到的稳定速度是多少?
(2)金属棒从t=0开始直至达到稳定速度所需的时间是多少?
(3)试估算金属棒从t=0开始直至达到稳定速度的过程中通过电阻R的电量大约在什么数值范围内?
(4)在乙图中画出金属棒所受的拉力F随时间t变化的大致图象.
(1)由E=BLv可求得电动势,则由欧姆定律可求得电流,当安培力等于拉力的时候,速度达最大,则可求得稳定速度; (2)拉力所做的功等于内能与动能的增加量,则由能量守恒可求得时间; (3)由法拉第电磁感应定律可求得平均电动势,则由Q=It可求得电量的最大值. 【解析】 (1)感应电动势E=BLv, 根据欧姆定律I=, F安=BIL= 当金属棒达到稳定速度时,F安=F= 所以v2=, v=6m/s  (2)WR=2.2J,所以Wr=1.1J,W电=3.3J 由能量守恒得 Pt-W电=mv2-mv2, t=2s (3)电量Q==, 根据v-t图象,位移的大小范围大约在9~12m, 所以电量Q的大小大约在1.5C~1.8C (4)当棒的速度达到3m/s后保持拉力的功率恒为3W,从此时开始计时(即此时t=0),F= 棒做加速度减小的加速运动直到到匀速运动,所以F逐渐减小,直到不变,最后大小F=F安=0.5N 答:(1)金属棒达到的稳定速度是6m/s (2)金属棒从t=0开始直至达到稳定速度所需的时间是2s (3)试估算金属棒从t=0开始直至达到稳定速度的过程中通过电阻R的电量大约在1.5C~1.8C (4)如图
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考点分析:
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(2)求发射过程中电源提供的电流强度大小;
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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