Question

如圖所示，水平面上有兩根相距0.5m的足夠長的光滑平行金屬導軌MN和PQ，它們的電阻可忽略不計，在M和P之間接有阻值為R="3.0Ω" 的定值電阻，導體棒ab長l=0.5m，質量m=1kg，其電阻為r=1.0Ω，與導軌接觸良好.整個裝置處于方向豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B=0.4T.現使ab 以v₀="10m/s" 的速度向右做勻速運動.

（1）使a、ｂ棒向右勻速的拉力F為多少？
（2）若撤掉拉力F，當導體棒速度v＝5m/s 時，試求導體棒的加速度大小為多少？
（3）試求從撤掉拉力F后，直至導體棒ab停止的過程中，在電阻R上消耗的焦耳熱。

Answer 1

（1）；（2）；（3）37.5J

試題分析: （1）以桿為研究對象，受力分析如圖所示：

，解得：
（2）由牛頓第二定律得：

又：
解得：
（3）根據功能原理知，導體棒動能的減少轉化為全電路電阻消耗的電能，即：

據回路電阻上能量消耗的關系可以得出在電阻R上消耗的焦耳熱
Q_R=37.5J