解答:解:(1)導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=Blv,
由閉合電路的歐姆定律可得,電路電流:I=
=
,
由圖乙可得:t=4.0s時(shí),I=0.8A,即:=
=0.8A,
解得:v=2m/s;
(2)由于B、l、R、r是定值,由I=
可知,I與v成正比,
由圖乙可知,電流I與時(shí)間t成正比,由此可知,速度v與時(shí)間t成正比,
由此可知,導(dǎo)體棒做初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),
4.0s內(nèi)金屬棒的加速度a=
=
=0.5m/s
2,
對(duì)金屬棒由牛頓第二定律得:F-mgsin30°-F
安=ma,
由圖乙所示圖象可知,t=3s時(shí)I=0.6A,此時(shí)F
安=BIl=1T×0.6A×0.5m=0.3N,
則3s末,拉力F=mgsin30°+F
安+ma=0.85N,
t=3s時(shí)I=0.6A,由I=
可知,t=3s時(shí),棒的速度v=1.5m/s,
3.0s末力F的瞬時(shí)功率P=Fv=0.85N×1.5m/s=1.275W;
(3)通過(guò)R與r的電流I相等,由焦耳定律得:
=
=
=
=
,則Q
r=
Q
R=
×0.64J=0.16J,
在該過(guò)程中電路中產(chǎn)生的總熱量為:Q
總=Q
r+Q
R=0.8J,
在導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,克服安培力做的功轉(zhuǎn)化為焦耳熱,
因此在該過(guò)程中,安培力做的功W
安=-Q
總=-0.8J,
對(duì)金屬棒,在0~4.0s內(nèi),導(dǎo)體棒的位移:
x=
at
2=
×0.5m/s
2×(4s)
2=4m,
重力做的功W
G=-mgxsin30°=-0.1kg×10m/s
2×4m×
=-2J,
t=4s時(shí),v=2m/s,由動(dòng)能定理得:
W
F+W
安+W
G=
mv
2-0,
解得,F(xiàn)對(duì)金屬棒所做的功:W
F=3.64J;
答:(1)4.0s末金屬棒ab瞬時(shí)速度的是2m/s.
(2)3.0s末力F的瞬時(shí)功率是1.275W.
(3)0~4.0s時(shí)間內(nèi)F對(duì)金屬棒所做的功是3.64J.