解题思路:(1)由题,金属棒刚进入磁场瞬间电流为0,回路中动生电动势和感生电动势大小相等、方向相反,完全抵消.由E=BLv,v=gt1求出动生电动势,由法拉第电磁感应定律求出感生电动势,联立可求出d;(2)根据法拉第电磁感应定律和焦耳定律结合求热量Q;(3)根据公式E=Blv和I=ER分别得出金属棒在L1上方的电流和金属棒穿出磁场前瞬间的电流表达式,联立可求得棒穿出磁场时的速度.再由动能定理研究金属棒穿过磁场过程,列式求出棒克服安培力所做的功W.
(1)进入磁场瞬间回路中动生电动势E1=Blv,v=gt1,B=kt1,则得E1=kLgt12.
感生电动势E2=[△Φ/△t]=[△B/△t]S =Ldk
∵回路电流为零,
∴动生电动势E1与感生电动势E2方向相反、大小相等,即得:kLgt12 =Ldk
∴d =gt12
(2)金属棒在L1上方运动过程中电阻上产生的热量Q=
E22
Rt1=
(Ldk)2
Rt1=
L2k2g2
t51
R
(3)金属棒在L1上方电流 I1=
E2
R=
Lkg
t21
R
金属棒穿出磁场前瞬间电流 I2=
E1′
R=
B2Lv2
R=
kt2Lv2
R
∵I1= I2
∴v2=
g
t21
t2
金属棒穿过磁场过程中,由动能定理得:
mgd-W=[1/2m
v22−
1
2m
v21]
得W=mgd+[1/2m(gt1)2-
1
2m
v22]=[1/2mg2
t21(3−
t21
t22)
答:
(1)L1、L2之间的距离d是gt12;
(2)金属棒在L1上方运动过程中电阻上产生的热量Q是
L2k2g2
t51
R];
(3)金属棒在穿过磁场过程中克服安培力所做的功W是
1
2mg2
t21(3−
t21
t22).
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;电磁感应中的能量转化.
考点点评: 该类题型综合考查电磁感应中的电路知识与法拉第电磁感应定律的应用,要求的解题的思路要规范,解题的能力要求较高.