问题 计算题

如图甲所示,空间存在竖直向下的磁感应强度为0.6 T的匀强磁场,MN、PQ是相互平行的、处于同一水平面内的长直导轨(电阻不计),导轨间距为0.2 m,连在导轨一端的电阻为R。导体棒ab的电阻为0.1 Ω,质量为0.3 kg,跨接在导轨上,与导轨间的动摩擦因数为0.1。从零时刻开始,通过一小型电动机对ab棒施加一个牵引力F,方向水平向左,使其从静止开始沿导轨做加速运动,此过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好。图乙是棒的速度-时间图像,其中OA段是直线,AC是曲线,DE是曲线图像的渐近线,小型电动机在10 s末达到额定功率,此后功率保持不变。(g取10 m/s2)求:

(1)在0~18 s内导体棒获得加速度的最大值;

(2)电阻R的阻值和小型电动机的额定功率;

(3)若已知0~10 s内R上产生的热量为3.1 J,则此过程中牵引力做的功为多少。

答案

解:(1)由图像可得10 s末的速度为v1=4 m/s,t1=10 s

导体棒在0~10 s内的加速度为最大值

(2)设小型电动机的额定功率为Pm

在A点:E1=BLv1

由牛顿第二定律得F1-μmg-BI1L=ma1

又Pm=F1v1

当棒达到最大速度vm=5 m/s时,Em=BLvm

此时金属棒的平衡F2-μmg-BImL=0

又Pm=F2vm

联立解得Pm=2W,R=0.62Ω

(3)在0~10 s内t1=10 s

通过的位移

由能量守恒得,此过程中牵引力做的功

代入数据解得WF=12 J

单项选择题
判断题