Question

13．如圖所示，質(zhì)量m₁=0.1kg，電阻R₁=0.3Ω，長(zhǎng)度l=0.4m的導(dǎo)體棒ab橫放在U型金屬框架上．框架質(zhì)量m₂=0.2kg，放在絕緣水平面上，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2．相距0.4m的MM′、NN′相互平行，電阻不計(jì)且足夠長(zhǎng)．電阻R₂=0.1Ω的MN垂直于MM′．整個(gè)裝置處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T．垂直于ab施加F=2N的水平恒力，ab從靜止開始無摩擦地運(yùn)動(dòng)，始終與MM′、NN′保持良好接觸．當(dāng)ab運(yùn)動(dòng)到某處時(shí)，框架開始運(yùn)動(dòng)．設(shè)框架與水平面間最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，g取10m/s²．
（1）求框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大�。�
（2）從ab開始運(yùn)動(dòng)到框架開始運(yùn)動(dòng)的過程中，MN上產(chǎn)生的熱量Q=0.1J，求該過程ab位移x的大�。�

Answer 1

分析 ab向右做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流流過MN，MN受到向右的安培力，當(dāng)安培力等于最大靜摩擦力時(shí)，框架開始運(yùn)動(dòng)．根據(jù)安培力、歐姆定律和平衡條件等知識(shí)，求出速度．依據(jù)能量守恒求解位移．

解答 解：（1）ab對(duì)框架的壓力，F(xiàn)₁=m₁g
框架受水平面的支持力，F(xiàn)_N=m₂g+F₁
依題意，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則框架受到最大靜摩擦力，F(xiàn)₂=μF_N
ab中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E=Blv
MN中電流，I=$\frac{E}{{R}_{1}+{R}_{2}}$
MN受到的安培力，F(xiàn)_安=IlB
框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)_安=F₂
由上述各式代入數(shù)據(jù)解得：v=6 m/s
（2）閉合回路中產(chǎn)生的總熱量，Q_總=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}}{{R}_{2}}$Q
由能量守恒定律得：Fx=$\frac{1}{2}$m₁v²+Q_總
代入數(shù)據(jù)解得x=1.1 m；
答：（1）求框架開始運(yùn)動(dòng)時(shí)ab速度v的大小為6m/s；
（2）從ab開始運(yùn)動(dòng)到框架開始運(yùn)動(dòng)的過程中ab位移x的大小為1.1m．

點(diǎn)評(píng) 本題是電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題，考查電磁感應(yīng)、焦耳定律、能量守恒定律定律等知識(shí)綜合應(yīng)用和分析能力．