Question

(16分)如圖所示，足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ豎直放置，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌的上端M與P間連接阻值為R＝0.50Ω的電阻，導(dǎo)軌寬度L＝0.40m。金屬棒ab緊貼在導(dǎo)軌上，現(xiàn)使金屬棒ab由靜止開(kāi)始下滑，通過(guò)傳感器記錄金屬棒ab下滑的距離h與時(shí)間t的關(guān)系如下表所示。（金屬棒ab和導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g=10m/s²）

時(shí) 間t/s	0	0.20	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.40	1.60	1.80
下滑距離h/m	0	0.18	0.60	1.20	1.95	2.80	3.80	4.80	5.80	6.80

求：（1）在前0. 4s的時(shí)間內(nèi)，金屬棒ab中的平均電動(dòng)勢(shì)；  
（2）金屬棒的質(zhì)量m；
（3）在前1.60s的時(shí)間內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的熱量Q_R。

Answer 1

（1）0.3V （2）0.04kg （3）1.82 J

（1）在t₁＝0.4 s時(shí)間內(nèi)金屬棒ab下滑的距離h＝0.6 m，設(shè)其中的電動(dòng)勢(shì)平均值為E₁，則
                           ………………（2分）
解得E₁＝0.3V                             ………………（2分）
（2）從表格中數(shù)據(jù)可知，1.00s后棒做勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)速度為v，電動(dòng)勢(shì)為E，回路中的電流為I，金屬棒受到的安培力為F，則
＝5 m /s                            ………………（2分）
E＝BLv                                   ………………（1分）
                                    ………………（1分）
F＝BIL                                   ………………（1分）
F＝mg                                    ………………（1分）
解得
m="0.04kg                                  " ………………（2分）
（3）棒在下滑過(guò)程中，有重力和安培力做功，克服安培力做的功等于回路的焦耳熱，根據(jù)能量守恒  
                        ………………（2分）
解得Q_R="1.82" J                           ………………（2分