解题思路:(1)设b棒进入磁场时速度Vb,对b受力分析,由平衡条件列式即可求解;(2)b棒穿出磁场前,a棒一直匀加速下滑,根据牛顿第二定律求出下滑的加速度,根据运动学公式求出时间和a进入磁场时速度,进而求出a棒切割磁感线产生感应电动势,根据串并联电路的特点及P=U2R求解灯泡功率;(3)由平衡条件求出最终匀速运动的速度,对a棒穿过磁场过程应用动能定理即可求解.
(1)设b棒进入磁场时速度Vb,对b受力分析,由平衡条件可得
mbgsinθ=F安=
B2L2vb
R总
由电路等效可得出整个回路的等效电阻R总=
RaRL
Ra+RL+Rb=
3
2+6=7.5Ω
所以vb=4.5m/s
(2)b棒穿出磁场前,a棒一直匀加速下滑,下滑的加速度a=gsinθ=6m/s2
b棒通过磁场时间t=[d
vb=
5/6s
a进入磁场时速度va=vb+at=9.5m/s
a棒切割磁感线产生感应电动势Ea=BLva=5V
R′总=Ra+
RbRL
Rb+RL=5Ω
灯泡实际功率P=
(
Ea
R′总×
RbRL
Rb+RL)2
RL=
4
3W
(3)设a棒最终匀速运动速度为v′a,a受力分析,由平衡条件可得
magsinθ=
B2L2v′a
R′总]
解得:v′a=6m/s
对a棒穿过磁场过程应用动能定理magsinθ−W安=
1
2mav′a2-
1
2mava2
W安=3.4J
由功能关系可知,电路中产生的热量Q=W安=3.4J
答:(1)b棒进入磁场时的速度为4.5m/s;
(2)当a棒进入磁场区域时,小灯泡的实际功率为
4
3W;
(3)假设a 棒穿出磁场前已达到匀速运动状态,求a 棒通过磁场区域的过程中,回路所产生的总热量为3.4J
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;力的合成与分解的运用;共点力平衡的条件及其应用;电磁感应中的能量转化.
考点点评: (1)解答这类问题的关键是通过受力分析,正确分析安培力的变化情况,找出最大速度的运动特征.(2)电磁感应与电路结合的题目,明确电路的结构解决问题.