解题思路:首先根据能量守恒求出金属框产生1.6J热量时的速度大小.此该以后线框做匀减速运动,由运动学公式可求得加速度,并能求出t=1s时的速度,根据安培力公式和牛顿第二定律求出外力F的大小.同理,确定出t=2s时外力F的方向.
设金属框产生1.6J热量时的速度大小为v1,根据能量守恒定律得:
Q=[1/2m
v20−
1
2m
v21]
其中 m=0.05kg,v0=10m/s,Q=1.6J代入解得,v1=6m/s
设匀减速运动的加速度大小为a,由v1-at=0得
a=
v1
t=[6/3]=2m/s2
则t=1s时速度为v2=v1-at=6-2×1=4m/s
设此时外力F的大小为F,方向水平向右,则有
B2L2v2
R-F=ma
解得,F=0
t=2s时速度为v3=v1-at=6-2×2=2m/s
设此时外力F的大小为F′,方向水平向右,则有
B2L2v3
R-F′=ma
解得,F′=-0.05N,说明外力F方向水平向左.
故答案为:0,水平向左
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;左手定则;电磁感应中的能量转化.
考点点评: 本题是能量守恒定律、牛顿第二定律和运动学公式的综合应用,要掌握安培力的表达式F=B2L2vR,采用假设法求解.