解题思路:(1)ab向右做切割磁感线运动,产生感应电流,电流流过MN,MN受到向右的安培力,当安培力等于最大静摩擦力时,框架开始运动.根据安培力、欧姆定律和平衡条件等知识,求出速度;(2)欲使框架运动,MN边所受安培力的大小等于其所受的最大静摩擦力,从而确定水平恒力F的最小值;(3)已知通过导体棒截面的电荷量,可求出导体棒运动的距离,根据能量守恒求解电热.
(1)框架开始运动时,MN边所受安培力的大小等于其所受的最大静摩擦力,故有
F安=μ(m1+m2)g
安培力:F安=BIL
感应电动势:E=Blv
闭合电路欧姆定律:I=[BLv/R]
解得:v=6m/s
(2)框架开始运动时,MN边所受安培力的大小等于其所受的最大静摩擦力,
设此时加在ab上的恒力为F,应有F≥F安,当F=F安时,F最小,设为Fmin
故有Fmin=μ(m1+m2)g=0.6N
(3)根据能量转化和守恒定律,F做功消耗外界能量,转化为导体棒ab的动能和回路中产生的热量,有Fx=
1
2m2v2+Q,
框架开始运动时,ab的速度v=6m/s,
解得Q=0.3J
答:(1)框架刚开始运动时棒的速度6m/s;
(2)欲使框架运动,所施加水平恒力F的最小值0.6N;
(3)若施加于棒的水平恒力F为3N,棒从静止开始运动0.7m时框架开始运动,此过程中回路中产生的热量Q为0.3J.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;共点力平衡的条件及其应用;能量守恒定律.
考点点评: 本题是电磁感应中的力学问题,考查电磁感应、焦耳定律、能量守恒定律定律等知识综合应用和分析能力.电磁与力联系桥梁是安培力,这种类问题在于安培力的分析和计算.