Question

如圖（甲）為一研究電磁感應(yīng)的裝置，其中電流傳感器（相當(dāng)于一只理想的電流表）能將各時(shí)刻的電流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)送到計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上顯示出I-t圖象．已知電阻R及桿的電阻r均為0.5Ω，桿的質(zhì)量m及懸掛物的質(zhì)量M均為0.1kg，桿長(zhǎng)L=1m．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先斷開(kāi)K，取下細(xì)線調(diào)節(jié)軌道傾角，使桿恰好能沿軌道勻速下滑．然后固定軌道，閉合K，在導(dǎo)軌區(qū)域加一垂直軌道平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，讓桿在物M的牽引下從圖示位置由靜止開(kāi)始釋放，此時(shí)計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出如圖（乙）所示的 I-t圖象（設(shè)桿在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與軌道垂直，且細(xì)線始終沿與軌道平行的方向拉桿，導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)，細(xì)線與滑輪間的摩擦忽略不計(jì)，g=l0m/s²）．試求：
（1）勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大��；
（2）0～0.4s內(nèi)通過(guò)R的電量；
（3）0～0.4s內(nèi)R上產(chǎn)生的焦耳熱．

Answer 1

【答案】分析：（1）由乙圖讀取金屬桿達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流，此時(shí)桿受力平衡，由平衡條件和安培力公式求解磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大�。�
（2）通過(guò)電阻的電量等于圖線與t軸包圍的面積大小，估算出圖線所包圍的面積，即可求得通過(guò)電阻的電量．
（3）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律得到感應(yīng)量q==，即可求出桿通過(guò)的距離x，根據(jù)能量守恒定律求出電路中產(chǎn)生的總熱量Q，R上產(chǎn)生的焦耳熱Q_R=Q．
解答：解：（1）由圖知：桿達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流為1.0A
K接通前  mgsinθ=μmgcosθ    
K接通后且桿達(dá)到穩(wěn)定時(shí) mgsinθ+BIL=μmgcosθ+Mg
解得 B==1T
（2）0.4s內(nèi)通過(guò)電阻的電量為圖線與t軸包圍的面積
由圖知：總格數(shù)為144格，所以電量為 q=144×0.04×0.04C=0.23C
（3）由圖知：0.4s末桿的電流I=0.86A  
∵I==
∴v==0.86m/s
電量q=I△t===，
得 x==0.23m
根據(jù)能量守恒得
  Mgx=+Q
代入解得，Q=0.16J
又R上產(chǎn)生的焦耳熱Q_R==0.08J
答：
（1）勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是1T；
（2）0～0.4s內(nèi)通過(guò)R的電量是0.23C；
（3）0～0.4s內(nèi)R上產(chǎn)生的焦耳熱是0.08J．
點(diǎn)評(píng)：本題的難點(diǎn)有兩個(gè)：一是抓住電流圖象“面積”的意義，估算出通過(guò)R的電量；二是根據(jù)感應(yīng)電荷量q=求出桿通過(guò)的距離．