如图所示,宽度L=0.4m的足够长金属导轨水平固定在磁感强度B=0.5T范围足够大的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上.现用一平行于导轨的牵引力F牵引一根质量m=0.2kg,电阻

◎ 题目

如图所示,宽度L=0.4m的足够长金属导轨水平固定在磁感强度B=0.5T范围足够大的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向上.现用一平行于导轨的牵引力F牵引一根质量m=0.2kg,电阻R=0.2Ω,长也为0.4m的金属棒ab由静止开始沿导轨向右运动.金属棒ab始终与导轨接触良好且垂直,不计导轨电阻.(g=10m/s2)问:
(1)若不计金属棒和金属导轨间的摩擦,金属棒达到稳定运动时速度v0=1m/s,则此时牵引力F多大?
(2)若金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.1,牵引力F=0.4N,则金属棒所能达到的稳定速度v1为多大?
(3)若金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.1,牵引力的功率恒为P=1.2W,则金属棒所能达到的稳定速度v2为多大?
(4)若金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.1,金属棒在运动中达到某一速度v3时,突然撤去牵引力,从撤去牵引力到棒的速度为零时止,通过金属棒的电量为0.5C,金属棒发热0.8J,则撤去牵引力时棒的速度v3为多大?
魔方格

◎ 答案

(1)当金属棒以速度v0匀速运动时,ε=BLv0
I=
ε
R
=
BLv0
R
FA=BIL=
B2L2v0
R

F=FA=
B2L2v0
R
=
0.52×0.42×1
0.2
N=0.2N

(2)若金属棒与导轨间存在摩擦力,则:F-μmg=
B2L2v1
R

得:v1=
(F-μmg)R
B2L2
=
(0.4-0.1×0.2×10)×0.2
0.52×0.42
=1m/s

(3)当金属棒的速度为v2时,有    
P
v2
-f=FA=
B2L2v2
R

代入数据整理得v22+v2-6=0
解得v2=2m/s
(4)设电量为q,有      q=
.
I
?△t=
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