如圖所示，光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距L=0.2m，電阻R=0.4Ω，導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量為m=0.1kg、電阻r=0.1Ω的金屬桿，導(dǎo)軌電阻忽略不計，整個裝置處在磁感應(yīng)強度B=0.5T的勻強磁場中，磁場方向豎直向下，現(xiàn)用一個外力F沿水平方向拉桿，使之由靜止起做勻加速運動并開始計時，若5s末理想電壓表的讀數(shù)為0.2V．求
（1）5s末時電阻R上消耗的電功率
（2）金屬桿在5s末的運動速度
（3）5s末時外力F的功率．
分析：（1）已知5s末理想電壓表的讀數(shù)為0.2V，電阻R的電壓即為U=0.2V，由公式P=
U2
R
求R上消耗的電功率；
（2）根據(jù)歐姆定律求出感應(yīng)電動勢E，由E=BLv求桿的速度．
（3）根據(jù)閉合電路歐姆定律求出電路中感應(yīng)電流，由F安=BIL求出安培力，由牛頓第二定律和運動學(xué)公式求出外力F，外力功率P=Fv．
解答：解：（1）由題意，5s末時電阻R兩端的電壓U=0.2V，其功率PR=
U2
R
=
0．22
0.4
=0.1W
（2）5s末電路電流為  I=
U
R
=0.5A
桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E=I（R+r）=0.25V
由E=BLv得
   v=
E
BL
=2.5m/s
（3）5s末時桿所受的安培力為  F安=BIL=0.8×0.5×0.2=0.08N
桿的加速度為 a=
v
t
=
2.5
5
=0.5m/s2
根據(jù)牛頓第二定律得
   F-F安=ma，
解得，F(xiàn)=0.13N
則外力F的功率為 P=Fv=0.325W
答：
（1）5s末時電阻R上消耗的電功率是0.1W．
（2）金屬桿在5s末的運動速度是2.5m/s．
（3）5s末時外力F的功率是0.325W．
點評：本題是電磁感應(yīng)與電路、力學(xué)知識的綜合，由電路的串聯(lián)關(guān)系先求出電動勢，再求出速度；由加速度的定義，求出加速度；根據(jù)瞬時功率的表達(dá)式，求出第5秒末外力F的功率．涉及的知識點較多，屬于中檔題目．
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示，光滑且足夠長的平行導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距L=0.2m，電阻R1=0.4Ω，導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.1kg，電阻R2=0.1Ω的金屬桿，導(dǎo)軌電阻忽略不計，整個裝置處在磁感應(yīng)強度B1=0.5T的勻強磁場中，磁場的方向豎直向下，現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿，使之由靜止開始做勻加速運動并開始計時，若5s末桿的速度為2.5m/s，求：
（1）5s末電阻R1上消耗的電功率．
（2）5s末外力F的功率
（3）若桿最終以8m/s的速度做勻速運動，此時閉合電鍵S，α射線源A釋放的α粒子經(jīng)加速電場C加速后從  a 孔對著圓心0進入半徑r=
3
m   的固定圓筒中，（筒壁上的小孔  a 只能容一個粒子通過）圓筒內(nèi)有垂直水平面向下的磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場．α粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞均無電荷遷移，也無機械能損失，粒子與圓筒壁碰撞5次后恰又從a  孔背離圓心射出，忽略α粒子進入加速電場的初速度，α粒子 質(zhì)量mα=6.6×10-27kg，電荷量qα=3.2×10-19C，則磁感應(yīng)強度B2多大？若不計碰撞時間，粒子在圓筒內(nèi)運動的總時間多大？（不計粒子之間的相互作用）（開根號時，
6.4
6.6
可取1）

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示，光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距離L=0.2m，電阻R1=0.4Ω，導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.1kg，電阻R2=0.1Ω的金屬桿ab，導(dǎo)軌電阻忽略不計，整個裝置處在磁感應(yīng)強度B1=0.5T的勻強磁場中，磁場的方向豎直向下，現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿ab，使之由靜止開始運動，最終以8m/s的速度做勻速直線運動．若此時閉合開關(guān)S，釋放的α粒子經(jīng)加速電場C加速從a孔對著圓心O進入半徑r=
3
m的固定圓筒中（筒壁上的小孔a只能容一個粒子通過），圓筒內(nèi)有垂直水平面向下的磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場，α粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞均無電荷遷移，也無機械能損失．（α粒子質(zhì)量m≈6.4×10-23kg，電荷量q=3.2×10-19C）．求：
（1）ab桿做勻速直線運動過程中，外力F的功率；
（2）α射線源Q是釷核
 
294
63
Th發(fā)生衰變生成鐳核
 
295
56
Ha并粒出一個α粒子，完成下列釷核的衰變方程
 
256
60
Th→
 
258
58
Ra+
 
；
（3）若α粒子與圓筒壁碰撞5次后恰又從a孔背離圓心射出，忽略α粒子進入加速電場的初速度，求磁感應(yīng)強度B2．

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌和固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距，電阻，導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量、電阻的金屬桿，導(dǎo)軌電阻忽略不計，整個裝置處在磁感應(yīng)強度的勻強磁場中，磁場的方向豎直向下，現(xiàn)用一外力沿水平方向拉桿，使之由靜止起做勻加速運動并開始計時，若5s末理想電壓表的讀數(shù)為0.2V.求：

（1）5s末時電阻上消耗的電功率；

（2）金屬桿在5s末的運動速率；

（3）5s末時外力的功率.

  

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科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距離L=0.2m，電阻R1=0.4，導(dǎo)軌上靜止放置一質(zhì)量m=0.1kg，電阻R2=0.1的金屬桿ab，導(dǎo)軌電阻忽略不計，整個裝置處在磁感應(yīng)強度B1=0.5T的勻強磁場中，磁場的方向豎直向下，現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿ab，使之由靜止開始運動，最終以8m/s的速度做勻速直線運動。若此時閉合開關(guān)S，釋放的粒子經(jīng)加速電場C加速從a孔對著圓心O進入半徑r=的固定圓筒中（筒壁上的小孔a只能容一個粒子通過），圓筒內(nèi)有垂直水平面向下的磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場，粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞均無電荷遷移，也無機械能損失。（粒子質(zhì)量m≈6.4×10-23kg，電荷量q=3.2×10-19C）。求：

  

（1）ab桿做勻速直線運動過程中，外力F的功率；

（2）射線源Q是釷核發(fā)生衰變生成鐳核

并粒出一個粒子，完成下列釷核的衰變方程     ；

（3）若粒子與圓筒壁碰撞5次后恰又從a孔背離圓心射出，忽略粒子進入加速電場的初速度，求磁感應(yīng)強度B2。

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