解题思路:(1)当棒子开始运动时,又会受到水平向右的安培力,棒子做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度减小到0时,速度达到最大.根据最终达到平衡,列出平衡方程,求出磁感应强度.
(2)金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中,重力势能减小,动能增加,内能增加,根据能量守恒先求出整个电路产生的热量,再求出电阻R上产生的热量.
(3)使金属棒中不产生感应电流,回路中磁通量应不变,根据t时刻的磁通量与t=0时刻的磁通量相等,此时棒不受安培力,做匀加速运动,结合运动学公式列式求解.
(1)设匀强磁场的磁感应强度大小为B,则金属棒达到最大速度时
产生的电动势 E=BLvm…①
回路中产生的感应电流 I=[E/R+r]…②
金属棒棒所受安培力 F=BIL…③
cd棒所受合外力为零时,下滑的速度达到最大,则
F=mgsinα…④
由①②③④式解得:
B=[1/L]
mg(R+r)sinα
vm
(2)设电阻R上产生的电热为Q,整个电路产生的电热为Q总,则
mgs•sinα=[1/2m
v2m]+Q总…⑤
又根据电路的连接关系得:
Q=[R/R+rQ总…⑥
由⑤⑥式解得:Q=
R
R+r](mgs•sinα-[1/2m
v2m]).
(3)金属棒中不产生感应电流时不受安培力,做匀加速运动,设金属棒的加速度大小为a.
根据牛顿第二定律得:mgsinα=ma
得:a=gsinα
回路中磁通量应不变,则有:
B0Ls=BL(s+vmt+[1/2at2)
故:B=
B0s
s+vmt+
1
2gt2•sinα]
答:(1)匀强磁场的磁感应强度大小是[1/L]
mg(R+r)sinα
vm;
(2)金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中,电阻R上产生的热量是[R/R+r](mgs•sinα-[1/2m
v2m]);
(3)从此时刻起,让磁感应强度逐渐减小,可使金属棒中不产生感应电流,请推导这种情况下磁感应强度B与时间t的关系式为B=
B0s
s+vmt+
1
2gt2•sinα.
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;电磁感应中的能量转化.
考点点评: 解决本题的关键会根据牛顿第二定律求加速度,以及结合运动学能够分析出金属棒的运动情况,当a=0时,速度达到最大.掌握不产生感应电流的条件:磁通量不变.