试题分析:(1)当导轨运动起来后,ON向左做切割磁感线的运动,由右手定则可判断出感应电流的方向由N到O,则对于CD来说,流过它的电流是由C到D,故C点的电势高于D点;
(2)由于导轨做匀速直线运动时,CD中的电流为4A,则导轨受到的安培力F=BIL=0.8T×4A×0.5m=1.6N,方向与拉力的方向相反;
另外导轨还受到向右的摩擦力,由于此时导体棒受到的安培力为F
1= BIL=0.8T×4A×0.5m=1.6N,
导体棒对导轨的压力大小为mg-F
1=0.6kg×10N/kg-1.6N=4.4N,
故导体棒受到的摩擦力的大小为f=4.4N×0.2=0.88N,
由于导轨处于匀速直线运动状态,故其受到的力平衡,则F=1.6N+0.88N=2.48N。
(3)设当导轨的速度为v时,水平拉力F′的值最小,故此时的ON受到的安培力大小等于CD受到的安培力大小,即
F
ON=BL×
=
,方向向右;
则CD棒受到的摩擦力的大小为f=(mg-
)μ,
由牛顿第二定律可得:F′-F
ON-f=Ma,
故F′=Ma+
+(mg-
)μ=Ma+mgμ+(1-μ)×
,
故当v=0时水平拉力F′的值最小,即F′=Ma+mgμ=2kg×0.2m/s2+0.6kg×10N/kg×0.2=1.6N。
(4)当CD上消耗的电功率为P=0.80W时,
根据电功率的计算公式可计算出导体棒上的电流I′=
=2A,
设导轨的速度为v′,则由感应电动势和欧姆定律得E
ON=I′(R+r)=BLv′
故v′=
=3m/s;
设此时的拉力为F
拉,
则安培力的大小为F
安=0.8T×0.5m×2A=0.8N,摩擦力的大小为(6N-0.8N)×0.2=1.04N,
由牛顿第二定律可得F
拉-0.8N-1.04N=Ma=0.4N,故F
拉=2.24N,
所以拉力的功率为P=F
拉v′=2.24N×3m/s=6.72W。