Question

如圖（甲）所示，一對平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道相距l(xiāng)=1m，兩軌道之間用R=2Ω的電阻連接，一質(zhì)量m=0.5kg的導(dǎo)體桿與兩軌道垂直，靜止放在軌道上，桿及軌道的電阻均可忽略不計，整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直軌道平面向上，現(xiàn)用水平拉力沿軌道方向拉導(dǎo)體桿，拉力F與導(dǎo)體桿運(yùn)動的位移s間的關(guān)系如圖（乙）所示，當(dāng)拉力達(dá)到最大時，導(dǎo)體桿開始做勻速運(yùn)動，當(dāng)位移s=2.5m時撤去拉力，導(dǎo)體桿又滑行了s′=2m停下，求：
（1）導(dǎo)體桿運(yùn)動過程中的最大速度；
（2）拉力F作用過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．

Answer 1

分析：（1）研究棒的減速階段，根據(jù)動量定理以及通過導(dǎo)體橫截面積電量的表達(dá)式可以解答．
（2）由圖可知，拉力F隨著運(yùn)動距離均勻增大，根據(jù)平均力算出拉力所做功，然后根據(jù)功能關(guān)系即可求解．

解答：解：（1）導(dǎo)體桿先做加速運(yùn)動，后勻速運(yùn)動，撤去拉力后減速運(yùn)動．設(shè)最大速度為v_m
研究減速運(yùn)動階段，由動量定理有
-B

.

I

l ×△t=0-mvm       ①
而感應(yīng)電量為：
q=

.

I

×△t=

Bls/

R

    ②
聯(lián)立①②兩式可求出：v_m=8m/s．
故導(dǎo)體桿運(yùn)動過程中的最大速度為v_m=8m/s．
（2）再分析勻速運(yùn)動階段，最大拉力為：
Fm=BIml=

B2l2

R

vm =16N
拉力F作用過程中，拉力做的功：
WF=

1

2

(6+16)× 2+16×0.5=30J
根據(jù)功能關(guān)系可知電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為：
Q=WF-

1

2

m

v

2 嗎

=30-16=14J
故拉力F作用過程中，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為14J．

點評：本題的難點在于第一問，整理理解圖象含義，然后選用正確公式求解是關(guān)鍵．