Question

如圖所示，寬度L＝0.5 m的光滑金屬框架MNPQ固定于水平面內(nèi)，并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝0.4 T，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，框架的電阻非均勻分布。將質(zhì)量m＝0.1 kg，電阻可忽略的金屬棒ab放置在框架上，并與框架接觸良好。以P為坐標(biāo)原點(diǎn)，PQ方向?yàn)?i>x軸正方向建立坐標(biāo)。金屬棒從x₀＝1 m處以v₀＝2 m/s的初速度，沿x軸負(fù)方向做a＝2 m/s²的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中金屬棒僅受安培力作用。

求：(1)金屬棒ab運(yùn)動(dòng)0.5 m，框架產(chǎn)生的焦耳熱Q？

(2)框架中aNPb部分的電阻R隨金屬棒ab的位置坐標(biāo)x變化的函數(shù)關(guān)系？

(3)為求金屬棒ab沿x軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)0.4 s過(guò)程中通過(guò)ab的電荷量q，某同學(xué)解法為：先算出經(jīng)過(guò)0.4 s金屬棒的運(yùn)動(dòng)距離x，以及0.4 s時(shí)回路內(nèi)的電阻R，然后代入q＝＝求解。指出該同學(xué)解法的錯(cuò)誤之處，并用正確的方法解出結(jié)果。

 

Answer 1

(1) 0.1 J(2) 0.4.(3) 0.4 C

解析: (1)金屬棒僅受安培力作用，其大小

F＝ma＝0.1×2＝0.2 N

金屬棒運(yùn)動(dòng)0.5 m，框架中產(chǎn)生的焦耳熱等于克服安培力做的功

所以Q＝Fx＝0.2×0.5＝0.1J.             (4分)

(2)金屬棒所受安培力為

F＝BIL

I＝＝

所以F＝v＝ma

由于棒做勻減速直線運(yùn)動(dòng)v＝

所以R＝＝0.4.            (6分)

(3)錯(cuò)誤之處是把0.4 s時(shí)回路內(nèi)的電阻R代入q＝進(jìn)行計(jì)算．

正確的解法是q＝It

因?yàn)?i>F＝BIL＝ma

所以q＝t＝×0.4＝0.4 C.    (4分)