解题思路:(1)根据切割产生的感应电动势公式求出电动势,根据闭合电路欧姆定律求出ab两端的电压,以及电流的大小,通过安培力大小公式求出安培力的大小.
(2)根据能量守恒定律求出整个过程中的热量,抓住克服克服力做功等于产生的热量求出感应电流做的功,以及通过热量的公式求出感应电动势的有效值.
(3)根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律求出平均电流,从而求出通过线框导线横截面的电荷量.
(1)线框运动到竖直位置时,ab边切割磁感线产生感应电动势为:
E=BLv
线框中的电流为:I=
E
4R
ab两端的电压为Uab=I•3R=
3
4BLv
ab边所受安培力为F安=BIL=
B2L2v
4R
(2)线框下落过程中机械能的减少等于线框中产生的焦耳热,所以有:
mgL−
1
2mv2=Q
所以感应电流做功为mgL−
1
2mv2.
又因Q=(
E有
4R)2•4R•t
解得:E有=2
(mgL−
1
2mv2)R
t
(3)对于线框的下摆过程,垂直磁场线框的面积变化为:
△s=L2
线框中的平均感应电动势为:
.
E=
△Φ
△t
线框中的平均电流为:
.
I=
.
E
4R=
B△S
4R△t
通过导线横截面的电荷量为:
q=
.
I△t=
BL2
4R
答:(1)线框至竖直位置时,ab边两端的电压为[3/4BLv,安培力大小为
B2L2v
4R].
(2)在这一过程中,线框中感应电流做的功为mgL−
1
2mv2,感应电动势的有效值为E有=2
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;安培力;电磁感应中的能量转化.
考点点评: 解决本题的关键掌握瞬时感应电动势和平均感应电动势的求法,以及知道它们的区别.