解题思路:(1)根据题意得到甲乙加速度相同,都是5m/s2,当乙进入磁场时,甲刚出磁场,由运动学公式求出乙进入磁场时的速度,乙金属杆刚进入磁场时作匀速运动,根据安培力的公式和平衡条件可求出甲乙的电阻R.(2)甲在磁场中运动做匀加速运动,由速度公式得到速度与时间的关系式,根据牛顿第二定律求解外力F随时间t的变化关系.(3)乙在磁场中作匀速运动,根据公式P=I2R求解其电功率.(4)乙进入磁场前,甲乙发出相同热量.甲一直在磁场中时,外力F始终等于安培力,克服安培力做功等于甲乙产生的总热量;乙在磁场中运动时,根据动能定理求出乙放出的热量,即可求出甲乙发出的热量,再求出外力做功.
(1)甲乙加速度相同(5m/s2),当乙进入磁场时,甲刚出磁场
乙进入磁场时v=
2glsinθ=2m/s①
乙受力平衡 mgsinθ=F=
B2l2v
2R②
R=
B2l2v
2mgsinθ=
0.22×0.42×2
2×0.02×10×0.5=0.064Ω
(2)甲在磁场中运动时,v=a•t=5t ③
根据牛顿第二定律得
F+mgsin30°-FA=ma
由于a=gsin30°
故外力F始终等于安培力,F=FA=IlB=
Blv
2RlB=0.25t④
F方向沿导轨向下
(3)乙在磁场中作匀速运动,P=I2R=(
Blv
2R)2R=0.1(w)⑤
(4)乙进入磁场前,甲乙发出相同热量,设为Q1,
此过程中甲一直在磁场中,外力F始终等于安培力,
则有 WF=W安=2 Q1 ⑥
乙在磁场中运动发出热量Q2,
利用动能定理mglsinθ-2 Q2=0
得Q2=0.02J ⑦
甲乙发出相同热量Q1=[1/2](Q-Q2)=[1/75]=0.0133J
由于甲出磁场以后,外力F为零.
得WF=2 Q1=0.0266J
答:
(1)甲乙的电阻R为0.064Ω.
(2)从开始到甲金属杆离开磁场,外力F随时间t的变化关系为F=0.25t,F的方向沿导轨向下.
(3)乙金属杆在磁场中运动时,乙金属杆中的电功率为0.1W.
(4)此过程中外力F对甲做的功为0.0267J.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;共点力平衡的条件及其应用;动能定理的应用;能量守恒定律.
考点点评: 本题是复杂的电磁感应现象,是电磁感应与力学知识的综合,分析导体棒的运动情况,要抓住甲匀加速运动的过程中,外力与安培力大小相等.分别从力和能量两个角度进行研究.