如图所示,两足够长的平行光滑的金属导轨相距为1m,导轨平面与水平面的夹角θ=37°,其上端接一阻值为3Ω的灯泡D.在虚线
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解题思路:(1)设b棒进入磁场时速度Vb,对b受力分析,由平衡条件列式即可求解;(2)b棒穿出磁场前,a棒一直匀加速下滑,根据牛顿第二定律求出下滑的加速度,根据运动学公式求出时间和a进入磁场时速度,进而求出a棒切割磁感线产生感应电动势,根据串并联电路的特点及P=U2R求解灯泡功率;(3)由平衡条件求出最终匀速运动的速度,对a棒穿过磁场过程应用动能定理即可求解.

(1)设b棒进入磁场时速度Vb,对b受力分析,由平衡条件可得

mbgsinθ=F安=

B2L2vb

R总

由电路等效可得出整个回路的等效电阻R总=

RaRL

Ra+RL+Rb=

3

2+6=7.5Ω

所以vb=4.5m/s

(2)b棒穿出磁场前,a棒一直匀加速下滑,下滑的加速度a=gsinθ=6m/s2

b棒通过磁场时间t=[d

vb=

5/6s

a进入磁场时速度va=vb+at=9.5m/s

a棒切割磁感线产生感应电动势Ea=BLva=5V

R′总=Ra+

RbRL

Rb+RL=5Ω

灯泡实际功率P=

(

Ea

R′总×

RbRL

Rb+RL)2

RL=

4

3W

(3)设a棒最终匀速运动速度为v′a,a受力分析,由平衡条件可得

magsinθ=

B2L2v′a

R′总]

解得:v′a=6m/s

对a棒穿过磁场过程应用动能定理magsinθ−W安=

1

2mav′a2-

1

2mava2

W=3.4J

由功能关系可知,电路中产生的热量Q=W=3.4J

答:(1)b棒进入磁场时的速度为4.5m/s;

(2)当a棒进入磁场区域时,小灯泡的实际功率为

4

3W;

(3)假设a 棒穿出磁场前已达到匀速运动状态,求a 棒通过磁场区域的过程中,回路所产生的总热量为3.4J

点评:

本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;力的合成与分解的运用;共点力平衡的条件及其应用;电磁感应中的能量转化.

考点点评: (1)解答这类问题的关键是通过受力分析,正确分析安培力的变化情况,找出最大速度的运动特征.(2)电磁感应与电路结合的题目,明确电路的结构解决问题.

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