Question

如圖所示，電源的電動勢E=1.5V，內電阻r=0.5Ω，AB=0.5m，AB電阻R=0.1Ω。固定框架的電阻不計。磁感應強度為0.5T。S閉合前AB靜止。金屬框對AB的滑動摩擦力為0.25N。

(1)電鍵S閉合后，當AB的速度達到穩定時，電路中的電流多大？
(2)AB的最大速度多大？
(3)當AB速度達最大后，電源消耗的電能轉化為什么形式的能？通過計算驗證，能的轉化是否符合守恒定律？

Answer 1

(1) 1A (2)3.6m/s(3) 能的轉化符合守恒定律

試題分析：(1)對AB，受力分析如圖，當AB所受合外力為零時，AB速度達到穩定且最大。
此時f=F=BIL      ①(1分)
I==1A   ②(2分)

(2)設AB最大速度為V，此時AB切割磁感線產生的電動勢為E'，
依法拉第電磁感應定律得：E'="BLV"       ③ (1分)
依全電路歐姆定律得：I=      ④  (1分)
由③④得:V=  ⑤(2分)
(3)導體AB速度達最大后，電源消耗的電能轉化為回路的電熱和AB與金屬框摩擦產生的內能。          ⑥   (1分)
電源消耗的功率：
P=IE=1×1.5W=1.5W           ⑦    (1分)
回路產生的熱功率：
P熱="I2(R+r)=12×(0.1+0.5)W=0.6W"      ⑧    (1分)
AB克服摩擦力做功的功率：
P'=fV=0.25×3.6W=0.9W           ⑨(1分)
由⑦⑧⑨可知，P= P熱+P'。
可見，能的轉化符合守恒定律            ⑩(1分)
點評：做此類型的關鍵是對導體棒運動分析，根據閉合回路歐姆定律分析解題