解题思路:(1)由平衡条件求出电流大小,由右手定则判断出电流方向;
(2)由E=BLv与欧姆定律求出导体棒做匀速运动的速度,由牛顿第二定律与运动学公式求出导体棒的位移;
(3)由能量守恒定律与串联电路特点求出电阻产生的焦耳热.
(1)导体棒匀速穿过磁场,做匀速直线运动,处于平衡状态,
由平衡条件得:mgsinθ=BIL,解得:I=[mgsinθ/BL],由右手定则可知,电流方向为:a→b;
(2)设导体棒匀速运动的速度为v,
感应电动势:E=BLv,
由欧姆定律可得:E=I(R+r),
解得:v=
mg(R+r)sinθ
B2L2,
导体棒进入磁场前做匀加速运动,
由牛顿第二定律得:mgsinθ=ma,
由速度位移公式得:v2=2ax,
解得:x=
m2g(R+r)2sinθ
2B4L4;
(3)导体棒最终在边界GH下方往复运动,
从开始到在GH下方往复运动过程中,动能的变化量:△EK=0,
由能量守恒定律得:mg(x+d)sinθ=Q,
解得:Q总=
m3g2(R+r)2sin2θ
2B4L4+mgdsinθ,
R上产生的焦耳热:Q=[R/R+r]Q总=
m3g2(R+r)Rsin2θ
2B4L4+[mgdRsinθ/R+r];
答:(1)导体棒匀速穿过磁场时,通过电阻R的电流I=[mgsinθ/BL],电流方向为:a→b;
(2)导体棒开始下滑的位置离EF边的距离为
m2g(R+r)2sinθ
2B4L4;
(3)导体棒最终在边界GH下方往复运动,从初始到最终全过程中电阻R上产生的焦耳热为:
m3g2(R+r)Rsin2θ
2B4L4+[mgdRsinθ/R+r].
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;焦耳定律;楞次定律.
考点点评: 本题是电磁感应与力学、电路相结合的一道综合题,分析清楚导体棒的运动过程是正确解题的关键,应用平衡条件、E=BLv、欧姆定律、牛顿第二定律、运动学公式、能量守恒定律即可正确解题.