如图甲所示,MN、PQ是相距d=1m的足够长平行光滑金属导轨,导轨平面与水平面成某一夹角θ,导轨电阻不计,

如图甲所示,MN、PQ是相距d=1m的足够长平行光滑金属导轨,导轨平面与水平面成某一夹角θ,导轨电阻不计,长1m的导体棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触... 如图甲所示,MN、PQ是相距d=1m的足够长平行光滑金属导轨,导轨平面与水平面成某一夹角θ,导轨电阻不计,长1m的导体棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,ab棒的质量m=0.4kg,阻值r=1Ω,MN、PQ的上端通过软导线与R=9Ω的电阻相连,现断开开关S,在t=0时刻由静止释放导体棒ab,在t=0.6s时刻闭合S,同时在整个导轨所在区域加上匀强磁场,磁场方向垂直于导轨平面.图乙为ab的速度随时间变化的图象(重力加速度g=10m/s2),求:(1)斜面倾角θ;(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小;(3)ab由静止下滑x=50m(此前已达到最大速度)的过程中,电阻R产生的焦耳热;(4)若在t=0.6s时,沿轨道方向上加一外力F,使ab棒仍以原来的加速度做匀加速运动,写出所加外力F与时间t的函数关系式并在答题纸上画出F-t图象. 展开
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炫酷的香蕉5111
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解:(1)S断开时,由图知0-0.6s内ab棒做匀加速直线运动,
由图乙可知 a=
△v
△t
=
3
0.6
=5m/s2
根据牛顿第二定律为有:mgsinθ=ma ②
所以 sinθ=
a
g
=
5
10
=0.5,得 θ=30° ③
(2)t=0.6s时S闭合,ab棒先做加速度减小的加速运动,当速度达到最大vm=10m/s后做匀速直线运动,
根据平衡条件有 mgsinθ=F
又 F=BId ⑤
E=Bdvm
I=
E
R+r

联立④⑤⑥⑦解得:B=
1
d
mgsinθ(R+r)
vm
=
1
1
×
0.4×10×sin30°×(9+1)
10
T=
2
T
(2)ab由静止下滑x=50m(此前已达到最大速度)的过程中,根据能量守恒得:
mgxsinθ=Q+
1
2
m
v
2
m

可得:Q=mgxsinθ-
1
2
m
v
2
m
=0.4×10×50×0.5-
1
2
×0.4×102=80J
电阻R产生的焦耳热 QR=
R
R+r
Q=
9
9+1
×
80J=72J
(4)若在t=0.6s时,沿轨道方向上加一外力F,由牛顿第二定律得:
  F+mgsinθ-
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