解题思路:(1)据题:小灯泡的亮度没有发生变化,说明AB棒在t=4s时刻进入匀强磁场中,而且做匀速运动.金属棒未进入磁场时,由法拉第电磁感应定律可得出感应电动势的大小,由电路的性质可得出电阻,则可求得通过灯泡的电流;(2)根据安培力公式和平衡条件求解恒力F的大小.(3)由E=BLv求出4s末金属棒的速度,分段求出时间,再得到总时间.
(1)由法拉第电磁感应定律可得:E1=
△Φ
△t=
S△B
△t=0.5×2.4×
2
4V=0.6V
通过小灯泡的电流:I=
E1
R+r=[0.6/4+2]A=0.1A
(2)因灯泡亮度不变,故金属棒进入磁场后做匀速运动,此时金属棒中的电流为:
I=0.1A
则恒力:F=F安=BId=2×0.1×0.5N=0.1N
(3)4s后回路中的感应电动势为:E2=E1=0.6V
则可知4s末金属棒的速度为:v=
E2
dB=[0.6/0.5×2]m/s=0.6m/s
金属棒在磁场中运动时间为:t2=
xCE
v=[2.4/0.6]s=4s
所以小灯泡有电流的时间为:t=t1+t2=4+4=8(s)
小灯泡消耗的电能为:E电=I2Rt=0.12×4×8J=0.32J
答:(1)通过小灯泡的电流大小为0.1A;
(2)恒力F的大小为0.1N;
(3)前9s内,小灯泡消耗的电能为0.32J.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势.
考点点评: 本题考查的问题较多,但多为基础知识的应用,掌握好法拉第电磁感应定律、安培力、闭合电路的欧姆定律及电路的性质即可顺利求解.