解:(1)如图示,cd棒受到重力、支持力和安培力的作用而处于平衡状态,由力的平衡条件有
BIL=mgsinθ
得I=mgsinθBL=0.2×10×sin30°1×0.4A=2.5A
cd棒始终静止不动,说明回路中电流始终保持不变,而只有回路中电动势保持不变,才能保证电流不变,因此可以知道:在t
x时刻ab刚好到达CDEF区域的边界CD.在0~t
x内,由楞次定律可知,回路中电流沿abdca方向.
(2)ab进入CDEF区域前只受重力和支持力作用做匀加速运动,进入CDEF区域后将做匀速运动,ab棒受到重力、支持力和安培力的作用而处于平衡状态,由力的平衡条件有:
B
1Il=Mgsinθ
得:M=B1Ilgsinθ=1×2.5×0.410×0.5kg=0.2kg;
设ab刚好到达CDEF区域的边界CD处的速度大小为v,下滑过程中的加速度a,则:
a=mgsinθm=gsinθ=10×0.5m/s2=5m/s2
v=at
x在t
x后:有v=at
xE
2=BLv
在0~t
x内:由法拉第电磁感定律:E1=△∅△t=2(B0−B1)L2tx;
由:E
1=E
2 代入数据解得:t
x=0.4s,v=2m/s,E
2=0.8V
由闭合电路的欧姆定律得:I=E2R+r
得:r=E2I−R=0.82.5−0.2=0.12Ω
(3)ab从C到F的过程中使用的时间:t′=.CFv=2Lv=0.82s=0.4s
从ab棒开始下滑直至运动到EF的过程中回路中产生的热量Q:
Q=I
2(R+r)•(t+t′)=2.5
2×(0.2+0.12)×(0.4+0.4)=1.6J;
答:(1)通过cd棒的电流的大小是2.5A,回路中电流沿abdca方向;(2)ab棒的质量是0.2kg,电阻r是0.12Ω;(3)从ab棒开始下滑直至运动到EF的过程中回路中产生的热量Q是1.6J.