(1)能量守恒定律,最后的势能=最初的动能,mgh=0.5mv²
v=√(2gh)=√(2×10×0.8)=4m/s
(2)建立数轴,电阻一侧为坐标原点,向右为正,在位置x处,速度=dx/dt
感应电动势=0.2Bdx/dt=0.2dx/dt,感应电流=0.2dx/dt÷(0.1+0.3)=0.5dx/dt
金属棒受到磁场力BIl=1.0×0.5dx/dt×0.2=0.1dx/dt
受到摩擦力μmg=0.1×0.2×10=0.2N,加速度d²x/dt²
F=磁场力+摩擦力+惯性力
=0.1dx/dt+0.2+0.2d²x/dt²
F-0.2=0.1v+0.2dv/dt
(F-0.2-0.1v)dt=0.2dv
dt=0.2dv/(F-0.2-0.1v)
=-2d(F-0.2-0.1v)/(F-0.2-0.1v)
积分
t+C=-2ln(F-0.2-0.1v)
F-0.2-0.1v=De^(-t/2)
v=[F-0.2-De^(-t/2)]/0.1
=10F-2-10De^(-t/2)
t=0,v=0
10F-2-10D=0,
D=F-0.2
v=10F-2-10(F-0.2)e^(-t/2)
=(10F-2)[1-e^(-t/2)]
vmax=10F-2=4,10F=6,F=0.6N,
v=4[1-e^(-t/2)]
加速度a=dv/dt=-4(-1/2)e^(-t/2)=2e^(-t/2)
v=2m/s时
2=4[1-e^(-t/2)],
e^(-t/2)=0.5,
此时a=2e^(-t/2)=1m/s²
(3)电阻R产生的热量=∫I²Rdt=R∫I²dt
根据能量守恒定律,比较简单
力F做的功=摩擦力做的功+电阻(内外)消耗的能量+动能
9F=0.2×9+电阻(内外)消耗的能量+0.2×10×0.8
电阻(内外)消耗的能量=0.6×9-0.2×9-0.2×8=0.4×9-1.6=2(J)
R消耗的能量=2×0.3/(0.3+0.1)=2×3/4=1.5(J)