解题思路:(1)根据法拉第电磁感应定律,求出感应电动势的平均值,由电量与电流的关系式q=.I△t求解在0.4s时间内,通过金属棒ab截面的电荷量.(2)根据数据可知,匀速直线运动的时间,从而求出匀速运动的速度,结合安培力的表达式,闭合电路欧姆定律与感应电动势的表达式,即可求解金属棒的质量;(3)根据棒在下滑过程中,克服安培力做的功等于回路的焦耳热,由能量转化与守恒定律,即可求解在0.7s时间内,整个回路产生的热量.
(1)根据法拉第电磁感应定律得:感应电动势的平均值
.
E=[△Φ/△t]=[BL•x/△t]
感应电流的平均值
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I=
.
E
r+R
电荷量 q=
.
I•△t=[BLx/R+r]
由表中数据可知 x=0.27m
∴q=[BLx/R+r]=[1×0.4×0.27/0.3+0.1]C=0.27C;
(2)由表中数据可知,0.3s后棒作匀速运动的速度为:v=[△x/△t]=[0.1/0.1]=1m/s
由mgsinθ-F=0;
安培力表达式:F=BIL;
由闭合电路欧姆定律得:I=[E/R+r];
感应电动势为:E=BLv;
联立得,m=
B2L2v
(R+r)gsinθ=
12×0.42×1
0.4×10×sin30°=0.08kg;
(3)棒在下滑过程中,有重力和安培力做功,克服安培力做的功等于回路的焦耳热.则:
mgsin30°•x7-Q=
1
2mv2-0
得:Q=mgsin30°•x7-
1
2mv2=0.08×10×0.57×0.5-
1
2×0.08×12=0.416J
答:
(1)在0.4s时间内,通过金属棒ab截面的电荷量为0.27C.
(2)金属棒的质量为0.08C.
(3)在0.7s时间内,整个回路产生的热量为0.416J.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;电磁感应中的能量转化.
考点点评: 本题是电磁感应中的力平衡问题,关键在于推导感应电荷量和安培力的计算式.并能读懂表格反映的运动情况.