解题思路:(1)从静止释放ab,ab棒切割磁感线产生感应电动势,相当于电源,两个定值电阻3R与6R并联,可求得总电阻的表达式.当ab棒匀速运动时,速度达到最大,根据平衡条件和安培力公式,求解金属杆ab运动的最大速度;
(2)金属杆ab运动的加速度为[1/2]gsinθ时,根据牛顿第二定律求得此时金属杆ab运动的速度,得到感应电流,即可求得金属杆ab消耗的电功率;
(3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,重力做正功,安培力做负功,根据动能定理求得导体棒ab克服安培力做功.
(1)电路中总电阻为R总=R并+R=[3R•6R/3R+6R]+R=3R;
I=[Bdv
R总=
Bdv/3R]
当达到最大速度时,金属棒受力平衡,则有 mgsinθ=BId=
B2d2v
3R
解得,最大速度为v=[3Rmgsinθ
B2d2
(2)金属杆ab运动的加速度为
1/2]gsinθ 时,通过ab的电流为 I′=[Bdv′
R总=
Bdv′/3R]
根据牛顿第二定律F合=ma,得
mgsinθ-BI′d=ma,
得到 mgsinθ-
B2d2v′
3R=[1/2]mgsinθ
解得,v′=[3Rmgsinθ
2B2d2
金属杆ab消耗的电功率P=I′2R=
m2g2sin2θR
4B2d2
(3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,根据动能定理
WG-W克安=△Ek
mgSsinθ-W克安=
1/2]m
9m2g2R2sin2θ
B4d4
解得 W克安=mgSsinθ-
9m3g2R2sin2θ
2B4d4
答:(1)金属杆ab运动的最大速度是[3Rmgsinθ
B2d2;
(2)金属杆ab运动的加速度为
1/2]gsinθ 时,金属杆ab消耗的电功率是
m2g2sin2θR
4B2d2;
(3)金属杆ab从静止到具有最大速度的过程中,克服安培力所做的功为mgSsinθ-
9m3g2R2sin2θ
2B4d4.
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;电磁感应中的能量转化.
考点点评: 本题是电磁感应中收尾速度问题,分别从力和能量两个角度进行研究.其中安培力的分析和计算是解题的关键步骤.