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.