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,由欧姆定律求出电流,由右手定则判断出电流方向;
(2)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.
(3)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)由右手定则得,金属棒中的感应电流方向为:水平向右,
接入电路中的导体棒产生的感应电动势:E=BLv=
3Brv1,
此时电路的总电阻:R′=[2/9]R,
电流:I=[E/R′]=
9
3Brv1
2R;
(2)金属棒上的安培力:F=BIL=BI•
3r=
27B2r2v1
2R,
由牛顿第二定律得:mg-F=ma,解得:a=g-
27B2r2v1
3mR;
(3)金属棒上的安培力:F′=BIL=
B2(2r)2v2
1
4R=
16B2r2v2
R,
线框的发热功率:P热=PA=F′v2=
16B2r2
v22
R;
答:(1)金属棒下落距离为[r/2]时,金属棒中感应电流的大小为
9
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;电功、电功率.
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.