解题思路:(1)棒下落距离为[1/2]r时,棒切割磁感线产生感应电动势,根据几何知识求出棒的有效切割长度,即可求出感应电动势,由欧姆定律和安培力公式结合求出安培力,根据牛顿第二定律可求得加速度.
(2)从开始下落到经过圆心的过程中线框中,棒的重力势能减小转化为棒的动能和内能,根据能量守恒定律求出热量Q.
(1)棒下落距离为[1/2]r时,棒有效的切割长度为L=2rcos30°=
3r,弦所对的圆心角为120°,则圆环上半部分的电阻为[1/3R,圆环下半部分的电阻为
2
3R,
由外电路并联电阻为:R1=
R
3×
2R
3
R]=[2R/9]
此时,回路中感应电动势为 E=BLv,I=[E
R1,安培力F=BIL,
联立得:F=
B2(
3r)2v1
R1
由牛顿第二定律得:mg-F=ma
得:a=g-
F/m]=g-
27B2r2v1
2mR
(2)从开始下落到经过圆心的过程中,棒的重力势能减小转化为棒的动能和内能,根据能量守恒定律得:
mgr=[1/2]mv22+Q0
解得:Q0=mgr-[1/2]mv22
答:(1)下落距离为[1/2]r时棒的加速度a为g-
27B2r2v1
2mR;
(2)从开始下落到经过圆心的过程中线框中产生的热量Q为mgr-[1/2]mv22.
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;安培力;电磁感应中的能量转化.
考点点评: 对于电磁感应问题,常常从两个角度研究:一是力的角度,关键是安培力的分析和计算;二是能量的角度,根据能量守恒定律研究.