(17分)如图17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s.一质量为m、

◎ 题目

(17分)如图17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s.一质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,与导轨垂直且接触良好,受到F=0.5v+0.4(N)(v为金属棒速度)的水平外力作用,从磁场的左边界由静止开始运动,测得电阻两端电压随时间均匀增大.(已知:l=1 m,m=1 kg,R=0.3 Ω,r=0.2 Ω,s=1 m)

(1)分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动;
(2)求磁感应强度B的大小;
(3)若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足v=v0x,且棒在运动到ef处时恰好静止,则外力F作用的时间为多少?
(4)若在棒未出磁场区域时撤出外力,画出棒在整个运动过程中速度随位移变化所对应的各种可能的图线.

◎ 答案

(1)见解析 (2)0.5 T (3)1 s (4)见解析

◎ 解析

(1)金属棒做匀加速直线运动
R两端电压U∝I∝E∝v,U随时间均匀增大,即v随时间均匀增大.
所以加速度为恒量.
(2)F-v=ma,将F=0.5v+0.4代入
得:(0.5-)v+0.4=a
因为加速度为恒量,与v无关,所以a=0.4 m/s2
0.5-=0
代入数据得:B=0.5 T.
(3)设外力F作用时间为t.x1at2
v0x2=at
x1+x2=s,所以at2at=s
代入数据得0.2t2+0.8t-1=0,
解方程得t=1 s或t=-5 s(舍去).
(4)可能图线如下:

◎ 知识点

    专家分析,试题“(17分)如图17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s.一质量为m、…”主要考查了你对  【电磁感应现象的综合应用】  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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