如图所示，一对平行的粗糙金属导轨固定于同一水平面上，导轨间距L=0.2m，左端接有阻值R=0.3W的电阻，右侧...

问题详情：

如图所示，一对平行的粗糙金属导轨固定于同一水平面上，导轨间距L=0.2m，左端接有阻值R=0.3W的电阻，右侧平滑连接一对弯曲的光滑轨道．水平导轨的整个区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.0T．一根质量m=0.4kg，电阻r=0.1W的金属棒ab垂直放置于导轨上，在水平向右的恒力F作用下从静止开始运动，当金属棒通过位移x=9m时离开磁场，在离开磁场前已达到最大速度．当金属棒离开磁场时撤去外力F，接着金属棒沿弯曲轨道上升到最大高度h=0.8m处．已知金属棒与导轨间的动摩擦因数m=0.1，导轨电阻不计，棒在运动过程中始终与轨道垂直且与轨道保持良好接触，取g =10m/s2．求：

（1）金属棒运动的最大速率v ；

（2）金属棒在磁场中速度为时的加速度大小；

（3）金属棒在磁场区域运动过程中，电阻R上产生的焦耳热．

【回答】

(1) (2) 2m/s2（3）

【解析】

(1)金属棒从出磁场到达弯曲轨道最高点，根据机械能守恒定律，

解得：  

 (2) 金属棒在磁场中做匀速运动时，设回路中的电流为I，

则              

由平衡条件可得 ：     

金属棒速度为时，设回路中的电流为，则   

由牛顿第二定律得    

解得  a ＝ 2m/s2

（3）设金属棒在磁场中运动过程中，回路中产生的焦耳热为Q，

根据功能关系：

则电阻R上的焦耳热：           

解得：          

知识点：动能和动能定律

题型：解答题