如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成30°角，两导轨的间距l=0.50m，一端接有阻值R=1.0Ω的电阻．质量m=0.10kg的金属棒ab置于导轨上，与轨道垂直，
◎ 题目
| 如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成30°角，两导轨的间距l=0.50m，一端接有阻值R=1.0Ω的电阻．质量m=0.10kg的金属棒ab置于导轨上，与轨道垂直，电阻r=0.25Ω．整个装置处于磁感应强度B=1.0T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下．t=0时刻，对金属棒施加一平行于导轨向上的外力F，使之由静止开始运动，运动过程中电路中的电流随时间t变化的关系如图乙所示．电路中其他部分电阻忽略 不计，g取10m/s2，求： （1）4.0s末金属棒ab瞬时速度的大小； （2）3.0s末力F的瞬时功率； （3）已知0～4.0s时间内电阻R上产生的热量为0.64J，试计算F对金属棒所做的功  |
◎ 答案
| （1）导体棒切割磁感线产生感应电动势：E=Blv， 由闭合电路的欧姆定律可得，电路电流：I=
由图乙可得：t=4.0s时，I=0.8A，即：=
解得：v=2m/s； （2）由于B、l、R、r是定值，由I=
由图乙可知，电流I与时间t成正比，由此可知，速度v与时间t成正比， 由此可知，导体棒做初速度为零的匀加速直线运动， 4.0s内金属棒的加速度a=
对金属棒由牛顿第二定律得：F-mgsin30°-F安=ma， 由图乙所示图象可知，t=3s时I=0.6A，此时F安=BIl=1T×0.6A×0.5m=0.3N， 则3s末，拉力F=mgsin30°+F安+ma=0.85N， t=3s时I=0.6A，由I=
3.0s末力F的瞬时功率P=Fv=0.85N×1.5m/s=1.275W； （3）通过R与r的电流I相等，由焦耳定律得：
在该过程中电路中产生的总热量为：Q总=Qr+QR=0.8J， 在导体棒运动的过程中，克服安培力做的功转化为焦耳热， 因此在该过程中，安培力做的功W安=-Q总=-0.8J， 对金属棒，在0～4.0s内，导体棒的位移： x=
重力做的功WG=-mgxsin30°=-0.1kg×10m/s2×4m× |
