解题思路:(1)对金属棒开始运动时进行受力分析,受到重力、支持力,然后根据牛顿第二定律求出加速度的大小.(2)当棒子开始运动时,又会受到水平向右的安培力,棒子做加速度逐渐减小的加速运动,当加速度减小到0时,速度达到最大.根据最终达到平衡,列出平衡方程,求出磁感应强度.(3)金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中,重力势能减小,动能增加,内能增加,根据能量守恒先求出整个电路产生的热量,再求出电阻R上产生的热量.
(1)金属棒开始运动时的加速度大小为a,由牛顿第二定律有
mgsinα=ma①
解得a=gsinα
(2)设匀强磁场的磁感应强度大小为B,则金属棒达到最大速度时
产生的电动势E=BLvmcosα ②
回路中产生的感应电流 I=
E
R+r ③
金属棒棒所受安培力F=BIL ④
cd棒所受合外力为零时,下滑的速度达到最大,则
Fcosα=mgsinα⑤
由②③④⑤式解得B=
1
L
2mg(R+r)
3vm
(3)设电阻R上产生的电热为Q,整个电路产生的电热为Q总,则
mgssinα=
1
2mvm2+Q总⑥
Q=
R
R+rQ总⑦
由⑥⑦式解得Q=
mR(gs−vm2)
2(R+r).
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;楞次定律.
考点点评: 解决本题的关键会根据牛顿第二定律求加速度,以及结合运动学能够分析出金属棒的运动情况,当a=0时,速度达到最大.