[考点]
闭合电路欧姆定律的内容和表达式,双杆在等宽导轨上切割磁场的运动问题,电磁感应过程中的能量类问题,
[答案]
(1)t=4s时金属棒ab和cd的加速度大小为2m/s2;
(2)t=4s时金属棒ab和cd的速度大小分别为6m/s,10m/s;
(3)从t=4s到回路中电流为零的过程中,金属棒ab和cd之间距离的增加量为4m。
[解析]
解:(1)t=4s时,金属棒ab和cd的加速度相等时,设两棒受到的安培力大小为F安。
对金属棒ab,由牛顿第二定律有
F安=ma
对金属棒cd,由牛顿第二定律有
F﹣F安=ma
联立解得
F安=2N,a=2m/s2
(2)根据安培力公式有
F安=BIL
解得回路中电流大小为
I=2A
设回路中的感应电动势为E,则
E=2IR
设t=4s时,金属棒ab、cd的速度分别是v1、v2,则
E=BL(v2﹣v1)
设t=4s时间内安培力冲量大小为I安,对金属棒cd,取向右为正方向,由动量定理有
Ft﹣I安=mv2
对金属棒ab,取向右为正方向,由动量定理有
I安=mv1
联立解得
v1=6m/s,v2=10m/s
(3)撤去外力F后,金属棒cd做加速度逐渐减小的减速运动,金属棒ab做加速度逐渐减小的加速运动,最后两棒速度相等,均做匀速运动,回路中感应电流为零。设最终两棒共同速度为v,取向右为正方向,根据动量守恒定律有
mv1+mv2=2mv
对ab棒,取向右为正方向,根据动量定理有
通过两棒的电荷量
设两棒间距离增大了x,则
ΔΦ=BLx
联立解得
x=4m
答:(1)t=4s时金属棒ab和cd的加速度大小为2m/s2;
(2)t=4s时金属棒ab和cd的速度大小分别为6m/s,10m/s;
(3)从t=4s到回路中电流为零的过程中,金属棒ab和cd之间距离的增加量为4m。
[点评]
本题考查了"闭合电路欧姆定律的内容和表达式,双杆在等宽导轨上切割磁场的运动问题,电磁感应过程中的能量类问题,",属于"典型题",熟悉题型是解题的关键。