Question

如圖所示，在一光滑水平的桌面上，放置一質量為M，寬為L的足夠長“U”型框架，其ab部分電阻為R，框架其它部分的電阻不計。垂直框架兩邊放一質量為m、電阻為R的金屬棒cd，它們之間的動摩擦因數為μ，棒通過細線跨過一定滑輪與勁度系數為k的另一端固定的輕彈簧相連。開始彈簧處于自然狀態，框架和棒均靜止。現在讓框架在大小為2μmg的水平拉力作用下，向右做加速運動，引起棒的運動可看成是緩慢的。水平桌面位于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度為B。問：
（1）框架和棒剛開始運動的瞬間，框架的加速度為多大？
（2）框架最后做勻速運動（棒處于靜止狀態）時的速度多大？
（3）若框架通過位移S 后開始勻速，已知彈簧的彈性勢能的表達式為 k x²  (x為彈簧的形變量)，則在框架通過位移 s 的過程中，回路中產生的電熱為多少？

Answer 1

_.【解析】(1) 設水平拉力為F，則F＝2μmg，對框架由牛頓第二定律：F-μmg＝Ma , 解出。(2) 設框架做勻速運動的速度大小為v，則感應電動勢 E=BLv , 回路中的電流 ,對框架由力的平衡得, 聯立以上各式解出 (3) 在框架滑過S的過程中，設產生的電熱為Q_l ,摩擦生熱為Q₂，由功能關系, 其中,在框架勻速后，對棒由力的平衡得 ,聯立以上各式并結合,, 解出 。【答案】(1) ; (2) ; (3) 點評：　本題是一條學科內綜合題, 同時又是一條新情景試題, 本題物理過程較復雜, 涉及彈性力、磁場力、摩擦力、牛頓第二定律、感應電動勢、 全電路歐姆定律、功能關系、力的平衡等眾多知識點, 考查考生多角度探究問題的能力。解題關鍵：理清物理過程,分析各個物理過程中的受力時,不要漏掉力; 正確把握各個物理量的關系, 在各個過程中選用合適的規律求解.，特別要關注各個力所對應的能量。