Question

如图甲所示，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=0.3m。导轨电阻忽略不计

如图甲所示，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=0.3m。导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R=0.4Ω。导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.2Ω的金属杆ab，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。利用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示。（1）试证明金属杆做匀加速直线运动，并计算加速度的大小；（2）求第2s末外力F的瞬时功率；（3）如果水平外力从静止开始拉动杆2s所做的功为0.3J，求回路中定值电阻R上产生的焦耳热是多少。

Answer 1

解：（1）设路端电压为U，金属杆的运动速度为v，则感应电动势E=BLv 通过电阻R的电流 电阻R两端的电压U= 由图乙可得U=kt，k=0.10V/s 解得 因为速度与时间成正比，所以金属杆做匀加速运动，加速度 （2）在2s末，速度v 2 =at=2.0m/s 电动势E=BLv 2 ，通过金属杆的电流 金属杆受安培力 设2s末外力大小为F 2 ，由牛顿第二定律， 故2s末时F的瞬时功率P=F 2 v 2 ，P=0.35W （3）在2s末，杆的动能 由能量守恒定律，回路产生的焦耳热Q=W-E k =0.1J 根据Q=I 2 Rt，有 故在R上产生的焦耳热