如图甲所示,两根足够长的平行光滑金属导轨MN、PQ被固定在水平面上,导轨间距 l=0.6 m,两导轨的左端用导线连接电阻R1及理想电压表,电阻r=2 Ω的金属棒垂直 于导轨静止在AB处;右端用导线连接电阻R2,已知R1=2Ω,R2=1Ω,导轨及导线电阻 均不计.在矩形区域CDEF内有竖直向上的磁场,CE=0.2 m,磁感应强度随时间的变化 如图乙所示.开始时电压表有示数,当电压表示数变为零后,对金属棒施加一水平向右 的恒力F,使金属棒刚进入磁场区域时电压表的示数又变为原来的值,金属棒在磁场运 动过程中电压表的示数始终保持不变.求:
(I)t=0.1 s时电压表的7K数;
(2) 恒力F的大小;
(3) 从t=0时刻到金属棒运动出磁场过程中整个电路产生的热量.
解:(1)设磁场宽度为d=CE,在0~0.2s的时间内,有
,V (2分)
此时,R1与金属棒r并联,再与R2串联
(1分)
(2分)
(2)金属棒进入磁场后,有
(1分)
(1分)
(1分)
由于金属棒进入磁场后电压表示始终不变,所以金属棒作匀速运动,有
(1分)
(1分)
(3)金属棒在0~0.2s的运动时间内,有
(2分)
金属棒进入磁场后,有
, (1分)
, (1分)
, (1分)
s
, (1分)
(2分)
(解法二:计算时,可用Fd=)