如图所示,长度L=0.4m,质量m1=0.1kg,电阻R1=0.3Ω的导体棒ab横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.
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解题思路:(1)采用隔离法,分别研究ab棒和框架,由牛顿第二定律和平衡条件列式,联立可解答此题.

(2)ab向右做切割磁感线运动,产生感应电流,电流流过MN,MN受到向右的安培力,当安培力等于最大静摩擦力时,框架开始运动.根据安培力、欧姆定律和平衡条件等知识,求出此时ab的速度.

(3)依据能量守恒求出该过程ab位移x的大小,再由电量公式、法拉第电磁感应定律和欧姆定律结合求解电荷量.

(1)框架开始运动时所受的安培力等于最大静摩擦力,则

对框架有:F=μ(m1+m2)g

对ab棒有:F-F=m1a

联立得:a=

F−μ(m1+m2)g

m1=

1−0.2×(0.1+0.2)×10

0.1=4m/s2

(2)ab中的感应电动势E=BLv

MN中电流 I=[E

R1+R2

MN受到的安培力 F=BIL

又F=μ(m1+m2)g

联立解得 v=

μ(m1+m2)g(R1+R2)

B2L2

代入数据,解得v=6m/s

(3)设从ab开始运动到框架开始运动的过程中ab棒的位移为x.

导体棒ab与MN中感应电流时刻相等,由焦耳定律Q=I2Rt得知,Q∝R

则闭合回路中产生的总热量:Q=

R1+R2

R2Q

由能量守恒定律,得:Fx=

1/2]mv2+Q

代入数据解得x=1.1m

则该过程通过ab棒的电荷量 q=

.

I△t=

B

.

vL△t

R1+R2=[BLx

R1+R2=

0.5×0.4×1.1/0.3+0.1]C=0.55C

答:

(1)框架开始运动时导体棒ab的加速度大小是4m/s2

(2)框架开始运动时导体棒ab的速度大小是6 m/s.

(3)该过程通过ab棒的电荷量为0.55C.

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;电磁感应中的能量转化.

考点点评: 本题是电磁感应中的力学问题,考查电磁感应、焦耳定律、能量守恒定律定律等知识综合应用和分析能力.