解题思路:(1)对cd研究:cd保持静止,分析受力情况,由平衡条件求出安培力大小,即能由安培力公式F=BIL求出电流的大小,由左手定则判断I的方向.
(2)再对棒ab研究,棒ab沿导轨向上匀速运动,由平衡条件求出F.
(3)两棒电阻相等,产生的热量相等.由功能关系求得力F做的功.
(1)棒cd受到的安培力为:Fcd=IlB… ①
棒cd在共点力作用下平衡,则有:Fcd=mgsin30°… ②
由①②式得:IlB=mgsin30°
解得:I=[mgsin30°/Bl]=1A,方向由右手定则可知由d到c.
(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等Fab=Fcd
对棒ab由共点力平衡有:F=mgsin30°+IlB
代入数据解得:F=0.2N
(3)设ab棒匀速运动的速度大小为v,则产生的感应电动势:E=Blv
由闭合电路欧姆定律知:I=[E/2R]
联立得:2IR=Blv,v=[2IR/Bl]=[2×1×0.01/0.2×0.5]m/s=0.2m/s
设在时间t内棒cd产生Q=0.1J热量,由焦耳定律可知:Q=I2Rt
则得:t=
Q
I2R=
0.1
12×0.01s=10s
在时间t内,棒ab沿导轨的位移:x=vt
力F做的功:W=Fx=Fvt=0.2×0.2×10J=0.4J
答:(1)通过cd棒的电流I是1A,方向d→c.
(2)棒ab受到的力F是0.2N.
(3)棒力F做的功W是0.4J.
点评:
本题考点: 法拉第电磁感应定律;电功、电功率;导体切割磁感线时的感应电动势.
考点点评: 本题是电磁感应中的力学问题,综合运用电磁磁学知识和力平衡知识.第2问题,也可以选择研究整体求解F的大小.