(1)棒匀加速运动所用时间为t,有:
at2=x,得:1 2
t=
=
2x a
s=4s
2×16 2
根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求电路中产生的平均电流为:
=I
=
E R+r
=△φ t(R+r)
=BLx t(R+r)
A=2A0.4×0.5×16 4×(0.3+0.1)
通过电阻R的电荷量:q=
t=2×4C=8CI
(2)撤去外力前棒做匀加速运动,撤去外力瞬时棒的速度为:
v=at=2×4m/s=8m/s
撤去外力后棒在安培力作用下做减速运动,安培力做负功先将棒的动能转化为电能,
再通过电流做功将电能转化为内能,所以焦耳热等于棒的动能减少.
Q2=△EK=
mv2=1 2
×0.1×82=3.2J1 2
(3)根据题意在撤去外力前的焦耳热为:
Q1=3Q2=3×3.2J=9.6J
撤去外力前拉力做正功、安培力做负功(其大小等于焦耳热Q1)、重力不做功共同使棒的动能增大,
根据动能定理有:△EK=WF-Q1
则:WF=△EK+Q1=3.2+9.6=12.8(J)
答:(1)棒在匀加速过程中,通过电阻R的电荷量q为8C.(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2为3.2J.(3)外力做的功WF为12.8J.