Question

【題目】兩平行且電阻不計(jì)的金屬導(dǎo)軌相距L=1m，金屬導(dǎo)軌由水平和傾斜兩部分(均足夠長(zhǎng))良好對(duì)接，傾斜部分與水平方向的夾角為37°，整個(gè)裝置處在豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。長(zhǎng)度也為1m的金屬棒ab和cd垂直導(dǎo)軌跨擱，且與導(dǎo)軌良好接觸，質(zhì)量均為0.2kg，電阻分別為R1=2Ω，R2=4Ω。ab置于導(dǎo)軌的水平部分，與導(dǎo)軌的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5，cd置于導(dǎo)軌的傾斜部分，導(dǎo)軌傾斜部分光滑。從t=0時(shí)刻起，ab棒在水平且垂直于ab棒的外力F1的作用下由靜止開始向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，金屬棒cd在力F2的作用下保持靜止，F2平行于傾斜導(dǎo)軌平面且垂直于金屬桿cd。當(dāng)t1=4s時(shí)， ab棒消耗的電功率為2.88W。已知sin37°=0.6， cos37°=0.8，重力加速度g=10m/s2。求：

(1)ab棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度大小；

(2)求t2=8s時(shí)作用在cd棒上的F2；

(3)改變F1的作用規(guī)律，使ab棒運(yùn)動(dòng)的位移x與速度v。滿足：x=2v，要求cd仍然要保持靜止?fàn)顟B(tài)。求ab棒從靜止開始運(yùn)動(dòng)x=4m的過程中，作用在ab棒上的力F1所做的功(結(jié)果可用分?jǐn)?shù)表示).

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）

【解析】⑴當(dāng)t=4s時(shí)，ab消耗的電功率為2.88W,有：

代入數(shù)據(jù)得 ①

回路中的電動(dòng)勢(shì) ②

由法拉第電磁感應(yīng)定律知 ③

導(dǎo)體棒ab做勻加速直線運(yùn)動(dòng)， ④

由①②③④得， ⑤（1分）

（2）當(dāng)t2=8s時(shí)，導(dǎo)體棒ab的速度 ⑥

回路中的電流 ⑦

導(dǎo)體棒cd所受安培力 ⑧

設(shè)導(dǎo)體棒cd所受的F2沿斜面向下，有： ⑨

由⑧⑨得，故假設(shè)成立，所以F2的方向沿斜面向下。 ⑩

（3）設(shè)ab棒的速度為v時(shí)，回路中的電流為

此時(shí)金屬棒ab所受安培力大小為：

由題意知ab棒運(yùn)動(dòng)的位移x與速度v的關(guān)系：

聯(lián)立，并代入數(shù)據(jù)得

ab棒從靜止開始運(yùn)動(dòng)x=4m的過程中，克服安培力所做的功為：

對(duì)金屬棒ab,由動(dòng)能定理有：

由得