解题思路:(1)导体棒做匀速直线运动时速度最大,应用安培力公式求出安培力,应用平衡条件可以求出最大速度.
(2)由安培力公式求出安培力,然后由牛顿第二定律求出加速度.
(3)由法拉第电磁感应定律、欧姆定律、电流定义式求出AB下落的高度,然后由能量守恒定律求出回路产生的焦耳热.
(1)开始时,系统静止,由平衡条件得:
mg=Mgsin30°,解得:M=2m ①,
当导体棒做匀速运动时速度达到最大,
MN受到的安培力:F=BIL=
B2L2vm
R+r,
导体棒做匀速直线运动,处于平衡状态,
由平衡条件得:(m+[m/2])g=Mgsin30°+
B2L2vm
R+r,
解得:vm=
mg(R+r)
2B2L2 ②;
(2)导体棒受到达到最大速度的一半时受到的安培力:
F′=BLv′=
B2L2
vm
2
R+r ③,
由牛顿第二定律得:(m+[m/2])g-Mgsin30°-F′=(m+[m/2]+M)a ④,
由①②③④解得:a=[1/14]g;
(3)系统做匀速直线运动时,速度到达稳定值,设此时AB下落高度为h,
由法拉第电磁感应定律得:E=[△Φ/△t]=[BLh/△t],
感应电流:I=[E/R+r],
通过电阻R的电荷量:q=I△t,
解得:h=
q(R+r)
BL ⑤,
在整个过程中,由能量守恒定律得:
Q=(m+[m/2])g-Mghsin30°-[1/2](m+[m/2]+M)vm2⑥,
由①②⑤⑥解得:Q=
qmg(R+r)
2BL-
7m3g2(R+r)2
16B4L4;
答:(1)导体棒运动的最大速度为
mg(R+r)
2B2L2;
(2)导体棒速度达到最大速度一半时,导体棒加速度的大小为
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: 本题是多体问题,本题考查了求导体棒的最大速度、加速度与回路产生的焦耳热问题,分析清楚物体的运动过程、应用安培力公式、平衡条件、牛顿第二定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、能量守恒定律即可正确解题.