(1)导体棒切割磁感线运动,产生的感应电动势:
E=BLv①
I=②
导体棒受到的安培力F安=BIL③
导体棒运动过程中受到拉力F、安培力F安和摩擦力Ff的作用,根据牛顿第二定律:
F-μmg-F安=ma④
由①②③④得:F-μmg-=ma⑤
由上式可以看出,随着速度的增大,安培力增大,加速度a减小,当加速度a减小到0时,速度达到最大.
此时有F-μmg-=0⑥
可得:vm==10 m/s⑦
(2)导体棒运动的速度-时间图象如图所示.
答案 (1)10 m/s (2)见解析图
电磁感应动力学问题中,要把握好受力情况、运动情况的动态分析.
基本思路是:导体受外力运动\s\up7(E=Blv(E=Blv)产生感应电动势\s\up12(I=\f(E,R+r(I=\f(E,R+r)感应电流\s\up7(F=BIl(F=BIl)导体受安培力―→合外力变化\s\up7(F合=ma(F合=ma)加速度变化―→速度变化―→感应电动势变化......→a=0,v最大值.
周而复始地循环,循环结束时,加速度等于零,导体达到稳定状态,a=0,速度v达到最大值.
例2 如图2所示,竖直平面内有足够长的金属导轨,轨距为0.2 m,金属导体ab可在导轨上无摩擦地上下滑动,ab的电阻为0.4 Ω,导轨电阻不计,导体ab的质量为0.2 g,垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.2 T,且磁场区域足够大,当导体ab自由下落0.4 s时,突然闭合开关S,则: