高中物理法拉第电磁感应定律解答题

如图，一倾角为α的光滑固定斜面的顶端放有质量 $M＝0.06\mathit{kg}$ 的 $U$ 形导体框，导体框的电阻忽略不计；一电阻 $R＝3\Omega$ 的金属棒 $\mathit{CD}$ 的两端置于导体框上，与导体框构成矩形回路 $\mathit{CDEF}$ ； $\mathit{EF}$ 与斜面底边平行，长度 $L＝0.6m$ 。初始时 $\mathit{CD}$ 与 $\mathit{EF}$ 相距 $s_0＝0.4m$ ，金属棒与导体框同时由静止开始下滑，金属棒下滑距离 $s_1＝\frac{3}{16}m$ 后进入一方向垂直于斜面的匀强磁场区域，磁场边界（图中虚线）与斜面底边平行；金属棒在磁场中做匀速运动，直至离开磁场区域。当金属棒离开磁场的瞬间，导体框的 $\mathit{EF}$ 边正好进入磁场，并在匀速运动一段距离后开始加速。已知金属棒与导体框之间始终接触良好，磁场的磁感应强度大小 $B＝1T$ ，重力加速度大小取 $g＝10m/s^2$ ， $\mathit{sin\alpha }＝0.6$ 。求

（1）金属棒在磁场中运动时所受安培力的大小；

（2）金属棒的质量以及金属棒与导体框之间的动摩擦因数；

（3）导体框匀速运动的距离。

如图，一边长为 $l_0$的正方形金属框 $\mathit{abcd}$固定在水平面内，空间存在方向垂直于水平面、磁感应强度大小为 $B$的匀强磁场。一长度大于 $\sqrt{2}{l}_0$的均匀导体棒以速率 $v$自左向右在金属框上匀速滑过，滑动过程中导体棒始终与 $\mathit{ac}$垂直且中点位于 $\mathit{ac}$上，导体棒与金属框接触良好。已知导体棒单位长度的电阻为 $r$，金属框电阻可忽略。将导体棒与 $a$点之间的距离记为 $x$，求导体棒所受安培力的大小随 $x(0⩽x⩽\sqrt{2}{l}_0)$变化的关系式。

如图所示，电阻为 $0.1\Omega$的正方形单匝线圈 $\mathit{abcd}$的边长为 $0.2m$， $\mathit{bc}$边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为 $0.5T$．在水平拉力作用下，线圈以 $8m/s$的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中

（1）感应电动势的大小 $E$；

（2）所受拉力的大小 $F$；

（3）感应电流产生的热量 $Q$。