解题思路:(1)从静止释放金属棒a,先做加速运动,随着速度增大,棒产生的感应电动势和感应电流增大,合力减小,加速度减小,由于导轨的倾斜部分足够长,所以金属棒在进入水平轨道前做匀速运动,根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式和平衡条件求出匀速运动时的速度.
(2)根据左手定则可以判断出ab受到的安培力方向向下,当cd棒的速度最大时,ab棒对轨道的压力最大.然后根据共点力的平衡即可求出压力.
(3)开始运动到cd棒达到最大速度的过程中,ab棒上产生的焦耳热Q=0.45J,结合(1)中已经求出的速度,即可求得棒下滑的高度,然后根据:q=
△Φ
R
总
,求出该过程中通过cd棒横截面的电量q.
对ab棒受力分析知,ab棒始终处于平衡状态.
由于轨道倾斜部分足够长,金属棒在进入水平轨道前做匀速运动,电路的总电阻为2R,设金属棒cd做匀速运动的速度为v,棒中的电动势E,电路中的电流为I,则:
mgsinθ-F安=0…①
F安=BIL …②
I=
BLvm
2R …③
由①②③解得:vm=1m/s;I=1A
(2)根据左手定则可以判断出ab受到的安培力方向向下,当cd棒的速度最大时,ab棒对轨道的压力最大:
N=mg+BIL=0.2×10+1×1×1=3N
(3)对整个系统分析,由能量守恒得:
mgsinθ•x=
1
2m
v2m+2Q
而:Q=0.45J
解得:x=1m
该过程中的平均电动势:
.
E=
△Φ
△t=
B△S
△t
则:q=
.
I•△t=
.
E
2R•△t=
B△S
2R=
BLx
2R=
1×1×1
2×0.5=1C
答:(1)导体棒cd沿斜轨道下滑的最大速度v的大小是1m/s;
(2)导体棒ab对水平轨道的最大压力N的大小是3N;
(3)该过程中通过cd棒横截面的电量是1C.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;焦耳定律;安培力.
考点点评: 本题分析时,一定要注意题中条件:导轨的倾斜部分和水平部分都足够长,分析知道在斜轨上棒最终匀速运动,在水平轨道上最终静止,再运用电磁感应的规律和力学知识求解.