Question

（09·上海物理·24）如圖，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l，左側(cè)接一阻值為R的電阻。區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場，磁場寬度為s。一質(zhì)量為m，電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F＝0.5v＋0.4（N）（v為金屬棒運(yùn)動速度）的水平力作用，從磁場的左邊界由靜止開始運(yùn)動，測得電阻兩端電壓隨時間均勻增大。（已知l＝1m，m＝1kg，R＝0.3W，r＝0.2W，s＝1m）

（1）分析并說明該金屬棒在磁場中做何種運(yùn)動；

（2）求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小；

（3）若撤去外力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足v＝v₀－x，且棒在運(yùn)動到ef處時恰好靜止，則外力F作用的時間為多少？

（4）若在棒未出磁場區(qū)域時撤去外力，畫出棒在整個運(yùn)動過程中速度隨位移的變化所對應(yīng)的各種可能的圖線。

Answer 1

解析：（1）金屬棒做勻加速運(yùn)動，R兩端電壓UµIµeµv，U隨時間均勻增大，即v隨時間均勻增大，加速度為恒量；

（2）F－＝ma，以F＝0.5v＋0.4

代入得（0.5－）v＋0.4＝a

a與v無關(guān)，所以a＝0.4m/s²，（0.5－）＝0

得B＝0.5T

（3）x₁＝at²，v₀＝x₂＝at，x₁＋x₂＝s，所以at²＋at＝s

得：0.2t²＋0.8t－1＝0，t＝1s，

（4）可能圖線如下：