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如图(甲)所示,一对足够长平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距l=0.5m,左...

如图(甲)所示,一对足够长平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距l=0.5m,左侧接一阻值为R=1的电阻;有一金属棒静止地放在轨道上,与两轨道垂直,金属棒及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于垂直轨道平面竖直向下的匀强磁场中.t=0时,用一外力F沿轨道方向拉金属棒,使棒以加速度a=0.2m/s2做匀加速运动,外力F与时间t的关系如图(乙)所示.
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(1)求金属棒的质量m
(2)求磁感强度B
(3)当力F达到某一值时,保持F不再变化,金属棒继续运动3秒钟,速度达到1.6m/s且不再变化,测得在这3秒内金属棒的位移s=4.7m,求这段时间内电阻R消耗的电能.
(1)由图象可知,F与t的关系式,从而根据牛顿第二定律可知,结合特殊点,即可求解; (2)根据棒做匀加速运动,结合牛顿第二定律,即可求解; (3)当棒做匀速运动时,则有速度与安培力的关系式,从而求得速度大小,进而可由能量守恒定律,即可求解. 【解析】 由图(乙)知F=0.1+0.05t (1)F合=F-F安=(0.1+0.05t), 考虑t=0时,v=at=0  即 F合=0.1N 牛顿第二定律得: (2)棒做匀加速运动, ==常数 所以, 解得: (3)F变为恒力后,金属棒做加速度逐渐减小的变加速运动,经过3秒钟,速度达到最大vm=1.6m/s,此后金属棒做匀速运动. vm=1.6m/s时,F安=0 N=0.4N, 将F=0.4N代入F=0.1+0.05t,求出变加速运动的起始时间为:t=6s, 该时刻金属棒的速度为:v6=at═0.2×6=1.2m/s; 这段时间内电阻R消耗的电能: 答:(1)则金属棒的质量0.5kg; (2)则磁感强度1T; (3)当力F达到某一值时,保持F不再变化,金属棒继续运动3秒钟,速度达到1.6m/s且不再变化,测得在这3秒内金属棒的位移s=4.7m,则这段时间内电阻R消耗的电能为1.6J.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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