解题思路:(1)采用隔离法,分别研究ab棒和框架,由牛顿第二定律和平衡条件列式,联立可解答此题.
(2)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,求出此时ab的速度.
(3)依据能量守恒求出该过程ab位移x的大小,再由电量公式、法拉第电磁感应定律和欧姆定律结合求解电荷量.
(1)框架开始运动时所受的安培力等于最大静摩擦力,则
对框架有:F安=μ(m1+m2)g
对ab棒有:F-F安=m1a
联立得:a=
F−μ(m1+m2)g
m1=
1−0.2×(0.1+0.2)×10
0.1=4m/s2;
(2)ab中的感应电动势E=BLv
MN中电流 I=
E
R1+R2
MN受到的安培力 F安=BIL
又F安=μ(m1+m2)g
联立解得 v=
μ(m1+m2)g(R1+R2)
B2L2
代入数据,解得v=6m/s
(3)设从ab开始运动到框架开始运动的过程中ab棒的位移为x.
导体棒ab与MN中感应电流时刻相等,由焦耳定律Q=I2Rt得知,Q∝R
则闭合回路中产生的总热量:Q总=
R1+R2
R2Q
由能量守恒定律,得:Fx=[1/2]mv2+Q总
代入数据解得x=1.1m
则该过程通过ab棒的电荷量 q=
.
I△t=
B
.
vL△t
R1+R2=[0.5×0.4×1.1/0.3+0.1]C=0.55C
答:(1)框架开始运动时导体棒ab的加速度大小是4m/s2.
(2)框架开始运动时导体棒ab的速度大小是6 m/s.
(3)该过程通过ab棒的电荷量为0.55C.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化.
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.