Question

【題目】如圖甲，兩根足夠長的平行光滑金屬導軌固定在水平面內，導軌間距為，左端連接阻值的電阻；勻強磁場磁感應強度、方向垂直導軌所在平面向下；質量、長度、電阻的金屬桿置于導軌上，向右運動并與導軌始終保持垂直且接觸良好。時對桿施加一平行于導軌方向的外力F，桿運動的圖象如圖乙所示。其余電阻不計。求：

從開始，金屬桿運動距離為5m時電阻R兩端的電壓；

在內，外力F大小隨時間t變化的關系式。

Answer 1

【答案】（1）1.6V （2）

【解析】

（1）由圖象求出桿做勻速直線運動的初速度、加速度等，以及運動5m時的速度，由法拉第電磁感應定律及歐姆定律就能求出此時電阻兩端的電壓；（2）先根據法拉第電磁感應定律求出回路中感應電動勢，根據歐姆定律求出回路中的電流，寫出安培力的表達式，再由牛頓第二定律寫出外力的表達式。

（1）根據v-t圖象可知金屬桿做勻減速直線運動時間△t=3s，t=0s時桿速度為，由運動學公式得其加速度大小

設桿運動5m時速度為，則

此時，金屬桿產生的感應電動勢

回路中產生的電流

電阻R兩端的電壓

聯立以上幾式可得：U=1.6V

（2）由時，，可分析判斷出外力F的方向與反向

金屬桿做勻速直線運動，由牛頓第二定律有：

設在t時刻金屬桿的速度為v，桿的電動勢為E，回路電流為I，則

又，

聯立以上幾式可得：