Question

【題目】如圖所示，水平放置的三條光滑平行金屬導軌a，b，c，相距均為d＝1m，導軌ac間橫跨一質量為m＝1kg的金屬棒MN，棒與導軌始終良好接觸．棒的總電阻r＝2Ω，導軌的電阻忽略不計．在導軌bc間接一電阻為R＝2Ω的燈泡，導軌ac間接一理想電壓表．整個裝置放在磁感應強度B＝2T勻強磁場中，磁場方向垂直導軌平面向下．現對棒MN施加一水平向右的拉力F，使棒從靜止開始運動，已知施加的水平外力功率恒定，經過t＝1s時間棒達到穩定時速度3m／s．試求：

（1）金屬棒達到穩定時施加水平恒力F為多大?水平外力F的功率為多少?

（2）金屬棒達到穩定時電壓表的讀數為多少?

（3）此過程中燈泡產生的熱量是多少?

Answer 1

【答案】（1）4N，12W（2）U=10V（3）

【解析】試題分析：（1）當時，金屬棒速度達到穩定，則

，聯立得，。

（2）設電壓表的讀數為U，則有

，代入數據得。

（3）設小燈泡和金屬棒產生的熱量分別為，根據焦耳定律得知：

由功能關系得：，代入數據得。