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    如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=lm，电阻R1=3Ω，R2=1.5Ω，导轨上放一质量m=1kg的金属杆，长度与金属导轨等宽，与导轨接触良好，金属杆的电阻r=1.0Ω，导轨电阻忽略不计，整个装置处于磁感应强度B=1.0T的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向下．现用一拉力F沿水平方向拉杆，使金属杆由静止开始运动．图乙所示为通过金属杆中的电流平方（I2）随位移（x）变化的图线，当金属杆运动位移为5m时，求：
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    （1）金属杆的动能：
    （2）安培力的功率；
    （3）拉力F的大小．
    分析：（1）由乙读出I12，得到电流I1，由电路中并联电路关系求出干路中电流，由闭合电路欧姆定律求得感应电动势，由E=BLv求出金属杆的速度，即可求得其动能；
    （2）由F=BIL求出杆所受的安培力FA，位移为5m时安培力的功率PA=FAv．
    （3）由图象得到I2与x的关系式，根据E=BLv和欧姆定律得到I与v的关系式，联立得到v与x的关系式，即可求得棒的加速度，再根据牛顿第二定律求解拉力F的大小．
    解答：解：（1）由图知：金属杆运动位移为5m时，I12=16A2，则得：I1=4A
    R1与R2并联电阻值：R并=
    R1R2
    R1+R2
    =
    3×1.5
    3+1.5
    Ω=1Ω，
    感应电动势 E=BLv=I1（R并+r）
    金属杆的速度v=
    I1(R并+r)
    BL
    =
    4×(1+1)
    1×1
    m/s=8m/s
    金属杆运动位移为5m时金属杆的动能Ek=
    1
    2
    mv2=
    1
    2
    ×1×82=32J
    （2）安培力大小为：FA=BI1L=1×4×1=4N
    安培力的功率为：PA=FAv=4×8W=32W
    （3）由图可知I2=3.2x
    则 I=
    E
    R
    =
    BLv
    R
    =0.5v，得：v2=4I2=12.8x，
    可知金属杆做初速度为零的匀加速直线运动，加速度 a=6.4m/s2，
    根据 F-FA=ma
    代入解得：F=10.4N
    答：（1）金属杆的动能是32J：（2）安培力的功率是32W；（3）拉力F的大小是10.4N．
    点评：本题整合了电路、力学和电磁感应中：欧姆定律、焦耳定律、动能定理等等多个知识点，关键运用数学知识分析和理解图象的物理意义．
    练习册系列答案
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    科目：高中物理 来源： 题型：

    如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.30m．导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R=0.40Ω．导轨上停放一质量m=0.10kg、电阻r=0.20Ω的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．用一外力
    F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示．
    （1）试证明金属杆做匀加速直线运动，并计算加速度的大小；
    （2）求第2s末外力F的瞬时功率；
    （3）如果水平外力从静止开始拉动杆2s所做的功W=0.35J，求金属杆上产生的焦耳热．

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    如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.3m．导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R=0.4Ω．导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.2Ω的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．利用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动做匀加速直线运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示．
    （1）求金属杆的瞬时速度随时间变化的表达式；
    （2）求第2s末外力F的大小；
    （3）如果水平外力从静止起拉动杆2s所做的功为1.2J，求整个回路中产生的焦耳热是多少．

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    如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.30m．导轨电阻忽略不计，其间连接有固定电阻R=0.40Ω．导轨上停放一质量m=0.10kg、电阻r=0.20Ω的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示．
    （1）试证明金属杆做匀加速直线运动，并计算加速度的大小；
    （2）求第2s末外力F的瞬时功率；
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    科目：高中物理 来源： 题型：

    如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ与水平面间的倾角θ=30°，两导轨间距L=0.3m．导轨电阻忽略不计，其间连接有阻值R=0.4Ω的固定电阻．开始时，导轨上固定着一质量m=0.1kg、电阻r=0.2Ω的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨面向下．现拆除对金属杆ab的约束，同时用一平行金属导轨面的外力F沿斜面向上拉金属杆ab，使之由静止开始向上运动．电压采集器可将其两端的电压U即时采集并输入电脑，获得的电压U随时间t变化的关系如图乙所示．
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    求：
    （1）在t=2.0s时通过金属杆的感应电流的大小和方向；
    （2）金属杆在2.0s内通过的位移；
    （3）2s末拉力F的瞬时功率．

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    科目：高中物理 来源： 题型：

    如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.2m，电阻R=0.4Ω，导轨上停放一质量为m=0.1kg，电阻为r=0.1Ω的金属杆ab，导轨的电阻不计，整个装置处于磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场中，磁场的方向竖直向下．现用一外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始运动，若理想电压表示数U随时间t的变化关系如图乙所示．
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    求：（1）运动速度随时间t的变化关系式；
    （2）金属杆运动的加速度；
    （3）第5秒末外力F的功率．

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