(2010•上海二模)如图所示,在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,两条足够长的平行导轨组成一个倾角为53°的斜面框架,磁
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解题思路:(1)若将b棒固定,电键S断开,a棒作切割磁感线运动,产生感应电动势,根据ε=BLv1和欧姆定律求出电路中的电流,即可由F=BIL求出两棒所受的安培力.两棒都处于平衡状态,运用平衡条件分别对两棒列式,就可以求出拉力F;

(2)若将a棒固定,电键S闭合,让b棒自由下滑,b棒先做加速度减小的加速运动,后做匀速运动,速度达到最大,用上题的方法求出安培力,根据平衡条件列式,即可求出最大速度;

(3)若将a棒和b棒都固定,电键S断开,使磁感应强度从B随时间均匀增加,回路中产生恒定的感应电动势,根据法拉第电磁感应定律求出回路中的感应电动势,由欧姆定律、安培力公式和平衡条件结合,能求出d.

(1)a棒作切割磁感线运动,产生感应电动势:ε=BLv1

a棒与b棒构成串联闭合电路,电路中的电流强度为 I=

ε

2R=

BLv1

2R

a棒、b棒受到的安培力大小相等,均为Fa=Fb=BIL

根据平衡条件得:

对b棒有:BIL-mbgsin53°=0

对a棒有:F-BIL-magsin53°=0

联立解得F=(ma+mb)gsin53°=(0.05+0.02)×10×0.8N=0.56N

并得到

B2L2

R=0.064

(2)a棒固定、电键S闭合后,b棒自由下滑作切割磁感线运动,最终b棒以最大速度v2匀速运动,此时产生的感应电动势为:ε2=BLv2

a棒与电阻2R并联,再与b棒串联构成闭合电路,电流强度为I2=

ε2

2

3R+R=

3BLv2

5R

由b棒受力平衡:BI2L-mbgsin53°=0

解得B•

3BLv2

5R•L=mbgsin53°

代入得 v2=

5R×mbg×0.8

3B2L2=

25

6m/s≈4.17m/s

(3)电键S断开后,当磁场均匀变化时,在a、b棒与平行导轨构成的闭合回路内产生的感应电动势为ε3=

△B•Ld

△t

依题意有:

F′a=2B×

△B×Ld

△t×2R×L=mbg

解得:d=

mbgR•△t

B2L2=

0.2×0.2

0.064m=0.625m

答:

(1)拉力F的大小是0.56N;

(2)b棒滑行的最大速度v2是4.17m/s.

(3)两棒间的距离d为0.625m.

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;安培力;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 本题考查切割产生的感应电动势与电路、力学知识的结合,在分析中要注意物体运动状态(匀速或静止)由平衡条件可得出对应的表达式,从而联立求解.

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