Question

【題目】(16分)如圖所示，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l，左側(cè)接一阻值為R的電阻.區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場，磁場寬度為s。一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F＝0.5v＋0.4(N)(v為金屬棒速度)的水平外力作用，從磁場的左邊界由靜止開始運(yùn)動(dòng)，測得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大.(已知：l＝1m，m＝1kg，R＝0.3Ω，r＝0.2Ω，s＝1m)

(1)判斷該金屬棒在磁場中是否做勻加速直線運(yùn)動(dòng)；

(2)求加速度的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小；

(3)若撤去外力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足v＝v0－x，且棒在運(yùn)動(dòng)到ef處時(shí)恰好靜止，則外力F作用的時(shí)間為多少？

(4)若在棒未出磁場區(qū)域時(shí)撤出外力，畫出棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度隨位移變化所對(duì)應(yīng)的各種可能的圖線.

Answer 1

【答案】（1）是；（2）0.4m/s2，0.5T；（3）1s；（4）見下圖

【解析】

試題分析：(1)是（金屬棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，R兩端電壓U∝I∝E∝v，U隨時(shí)間均勻增大，即v隨時(shí)間均勻增大.所以加速度為恒量）。

(2)F－＝ma，將F＝0.5v＋0.4代入，得：(0.5－)v＋0.4＝a

因?yàn)榧铀俣葹楹懔�，與v無關(guān)，所以a＝0.4m/s2

0.5－＝0，代入數(shù)據(jù)得：B＝0.5T.

(3)設(shè)外力F作用時(shí)間為t，x1＝at2，v0＝at，x2＝v0，x1＋x2＝s，所以at2＋at＝s，

代入數(shù)據(jù)得0.2t2＋0.8t－1＝0，解方程得t＝1s或t＝－5s(舍去).

(4)可能圖線如下：