解题思路:(1)AB棒的感应电流的方向由右手定则判断,AB棒受到的磁场力的方向由左手定则判断;
(2)当导体棒AB最终匀速下落时速度达到最大,重力与安培力平衡,根据平衡条件和安培力公式结合求解.
(3)ab从释放至其运动达到最大速度时其机械能减小转化为内能,根据能量守恒定律求解金属棒中产生的焦耳热.
(4)根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电量公式q=It求解电量.
(1)由右手定则:AB棒的感应电流方向由A指向B,由左手定则:AB棒所受磁场力竖直向上,
(2)AB棒开始阶段所受的安培力的小于重力,做加速运动,随着速度的增大,产生的感应电动势和感应电流增大,安培力增大,加速度减小,当安培力与重力二力平衡时,做匀速运动,速度最大,设最大速度为vm.则根据平衡条件得:
mg=BIL
又 I=[E/R+r],E=BLvm
联立得:vm=
mg(R+r)
B2L2=
0.01×10×(1.5+0.5)
0.22×0.52m/s=20m/s
(3)ab从释放至其运动达到最大速度时,设回路中产生的总热量为Q,根据能量守恒得:
Q=mgh-[1/2mv2=0.01×10×40-
1
2]×0.01×202=2(J)
则此过程中金属棒中产生的焦耳热为 QR=[R/R+r]Q=[1.5/1.5+0.5]×2=1.5(J)
(4)通过电阻R的电荷量为 q=
.
I△t
又
.
I=
.
E
R+r,
.
E=[△Φ/△t],△Φ=BLh
联立得:q=[BLh/R+r]=[0.2×0.5×40/1.5+0.5]C=2C
答:(1)导体棒AB在下落过程中,产生的感应电流的方向由A指向B,AB棒受到的磁场力的方向竖直向上.
(2)ab运动的最大速度的大小是20m/s;
(3)若ab从释放至其运动达到最大速度时下落的高度为40m,此过程中金属棒中产生的焦耳热为1.5J.
(4)通过电阻R的电荷量为2C.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律;焦耳定律.
考点点评: 在电磁感应现象中,右手定则、左手定则和楞次定律、安培力公式都是基本规律,关键要能正确运用,需要加强训练.