如图a所示,水平面内固定有宽L=0.2m的两根光滑平行金属导轨,金属杆ab、cd垂直导轨水平放置,ab阻值R=0.5Ω,cd质量m=0.01kg.匀强磁场垂直于导轨平面,不计金属杆cd和导轨的电阻.若固定cd,用水平力F1=0.04N匀速向左拉动ab时,作出的位移大小-时间图像如图(b)中的①所示;若固定ab,用水平力恒力F2从静止起拉动cd向右,作出的位移大小-时间图像如图(b)中的②所示.试求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B;
(2)在F2拉动cd的3s时间内,ab上产生的焦耳热Q;
(3)若在图b中把纵坐标改为v(m/s),试在v-t图中画出F2拉动cd的过程中较合理的图线③.
(4)若用水平外力按图线①向左匀速拉动ab的同时,用水平外力按图线②拉动cd,则1s内作用在cd上的外力至少做了多少功?(不同电源串联时,回路中总电动势等于各电源电动势之和.)
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(1)金属杆ab匀速时,根据图像①有v1=2m/s (1分)
由
,
得
T=0.5T (3分)
(2)3s末,金属杆cd匀速,根据图像②有v2=1m/s
N=0.02N (2分)
由动能定理
,
得
J=0.045J (2分)
(3)近似图如图(b)中的
。 (2分)
一般来说,画出“1.5秒后几乎匀速,2秒后可以认为完全匀速”就合理。
严格要求的话,启动时加速度是2m/s2,所以启动段与图像相切。
(4)设作用在金属杆cd上的外力为F2’,对金属杆cd分析,某时刻速度v,加速度a,有
,
其中![]()
整理得
……①
对比“固定金属杆ab,用水平力恒力F2从静止起拉动金属杆cd向右”的过程,相同时刻速度v,加速度a
有
……②
由①②两式得
=0.04+0.02=0.06(N),为恒力。 (3分)
所以1s内做功
J=0.0336J (1分)
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如图3所示,水平面内平行放置两根裸铜导轨,导轨间距为L,一根裸铜棒ab垂直导轨放置在导轨上面,铜棒质量m,可无摩擦地在导轨上滑动.两导轨右端与电阻R相连,铜棒和导轨的电阻不计.两根一样的弹簧,左端固定在木板上,右端与铜棒相连,弹簧质量与铜棒相比可以不计.开始时铜棒做简谐运动,OO′为平衡位置,振幅为A,周期是T,最大速度为v0.如加一垂直导轨平面的匀强磁场B后,发现铜棒做阻尼振动.如果同时给铜棒施加一水平力F,则发现铜棒仍然做原简谐运动.问:
(1)铜棒做简谐运动的原因是______________.
(2)关于水平变力F的情况,下列判断正确的是()
A.F的方向总是与弹簧弹力的方向相同
B.F的大小总是与安培力大小相等
C.F的大小不变方向变化
D.F可以为恒力
(3)如果铜棒中的电流按正弦规律变化,那么每次振动中外界供给铜棒的能量是多少?
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如图6所示,水平面内两根光滑的平行金属导轨,左端与电阻R相连接,匀强磁场B竖直向下分
布在导轨所在的空间内,一定质量的金属棒垂直于导轨并与导轨接触良好。若对金属棒施加一个水平向右的外力F,使金属棒从a位置由静止开始向右做匀加速运动并依次通过位置b和c。若导轨与金属棒的电阻不计,a到b与b到c的距离相等,则下列关于金属棒在运动过程中的说法正确的是
A.在从a到b与从b到c的两个过程中,通过电阻R的电量之比为![]()
B.在从a到b与从b到c的两个过程
中,电阻R上产生的热量之比为![]()
C.金属棒通过b、c两位置时,电阻R消耗的功率之比为![]()
D.金属棒通过b、c两位置时,外力F做功的功率之比为![]()
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