如图18所示,光滑的平行金属导轨水平放置,电阻不计,导轨间距为l,左侧接一阻值为R的电阻.区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁场宽度为x.一质量为m、电阻为r

◎ 题目

如图18所示,光滑的平行金属导轨水平放置,电阻不计,导轨间距为l,左侧接一阻值为R的电阻.区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁场宽度为x.一质量为m、电阻为r的金属棒MN置于轨道上,与导轨垂直且接触良好,受到水平拉力F=(0.5v+0.4) N(v为某时刻金属棒运动的瞬时速度)的作用,从磁场的左边界由静止开始运动.已知l=1 m,m=1 kg,R=0.3 Ω,r=0.2 Ω,x=0.8 m,如果测得电阻R两端的电压U随着时间是均匀增大的,那么:

(1)分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动;
(2)金属棒到达ef处的速度应该有多大;
(3)分析并求解磁感应强度B的大小.

◎ 答案

(1)做初速度为零的匀加速直线运动(2)0.8m/s(3)0.5 T

◎ 解析

(1)(3分)因电阻两端的电压U随着时间t是均匀增大的,即:
,即
所以,于是可以断定:金属棒必做初速度为零的匀加速直线运动
(2)(4分)设金属棒运动的加速度为a,在t=0时v=0,应用牛顿第二定律有
0.4 N=ma
解得a=0.4 m/s2
所以由v=2ax,解得vef=0.8m/s.
(3)(4分)根据题意,在金属棒运动的一般状态下,应用牛顿第二定律有:
(0.5v+0.4)-=ma
又因为ma=0.4为恒量,所以必有0.5=
解得B=0.5 T.

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图18所示,光滑的平行金属导轨水平放置,电阻不计,导轨间距为l,左侧接一阻值为R的电阻.区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场,磁场宽度为x.一质量为m、电阻为r…”主要考查了你对  【带电粒子在复合场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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