解题思路:(1)在两棒向右运动过程中,根据楞次定律与法拉第电磁感应定律,结合牛顿第二定律与动量定理,即可求解;
(2)由稳定状态可知,整体以稳定的速度差、相同的加速度一起向右做加速运动,根据牛顿第二定律,从而列式求解.
(1)ab棒在外力F的作用下向右运动,从而产生感应电动势,使得ab棒受到水平向左的安培力,cd棒受到水平向右的安培力,两棒同时向右运动,均产生感应电动势,其回路的等效电动势
E等=Eab-Ecd=BLvab-BLvcd=BL(vab-vcd)=BL△v
根据牛顿第二定律有:F-F安=ma
又此时的安培力F安=BIL=
B2L2(vab−vcd)
2R
因为是非匀变速运动,故用动量定理有:
(F-F安)t=mvab-0
F安t=mvcd-0
得此时ab、cd两棒的速度分别为:vab=8.15m/s
vcd=1.85m/s.
(2)该题中的“稳定状态”又与前面两种情况不同,系统的合外力不为零且不变,“平衡状态”应该是它们的加速度相同,此时两棒速度不相同但保持“相对”稳定,所以整体以稳定的速度差、相同的加速度一起向右做加速运动.
用整体法有:F=2ma′
对cd棒用隔离法有:
B2L2(vab−vcd)
2R=ma′
从而可得稳定时速度差△v=vab-vcd=10m/s.
答:(1)此时ab和cd两棒的速度分别为:vab=8.15m/s与vcd=1.85m/s;
(2)稳定时两棒的速度差是10m/s.
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;闭合电路的欧姆定律;安培力.
考点点评: 考查法拉第电磁感应定律与楞次定律、运用牛顿第二定律与动量定理,理解两棒的相对运动,区别稳定状态与平衡状态的不同.