考点3电磁感应的综合应用418考向电磁感应与力学知识的综合应用[2019天津高考,11,18分]如图所示,固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨,垂直于导轨放置的两根金属棒MN和PQ长度也为l、电阻均为R,两棒与导轨始终接触良好.MN两端通过开关S与电阻为R的单匝金属线圈相连,线圈内存在竖直向下均匀增加的磁场,磁通量变化率为常量k.图中虚线右侧有垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小为B.PQ的质量为m,金属导轨足够长、电阻忽略不计.(1)闭合S,若使PQ保持静止,需在其上加多大的水平恒力F,并指出其方向;(2)断开S,PQ在上述恒力作用下,由静止开始到速度大小为v的加速过程中流过PQ的电荷量为q,求该过程安培力做的功W.必备知识:法拉第电磁感应定律、安培力及受力分析、闭合电路欧姆定律及电路结构分析、动能定理等.关键能力:综合应用能力.解题指导:(1)由于穿过单匝金属线圈的磁场均匀增加,线圈产生感应电动势,将此部分等效为电源,外电路由PQ、MN两棒和导轨组成.由闭合电路欧姆定律求解通过PQ的电流,由于PQ静止,故所加的外力与PQ所受安培力大小相等,方向相反.(2)PQ在恒力F作用下,由静止开始向右加速到速度大小为v的过程中,PQ受安培力作用,且安培力为变力.要求该过程中安培力做的功,必须通过动能定理求解.通过分析题给条件,巧妙利用q=❑
