如图所示,水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,两个边长相等的单匝闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ,分别用相同材料、不同

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  • 解题思路:两矩形线圈进入磁场之前,均做自由落体运动,因下落高度一致,所以两线圈会以同样的速度进入磁场,由法拉第电磁感应定律可求出进入磁场边界时的感应电动势,从而表示出受到磁场的安培力.由电阻定律表示出两线圈的电阻,结合牛顿运动定律表示出加速度,可分析出加速度与线圈的粗细无关,从而判断出两线圈运动一直同步,得出落地速度相同的结论.因最终落地速度大小相同,由能量的转化与守恒可知,损失的机械能(转化为了内能)与线圈的质量有关,从而判断出产生的热量大小.

    由于从同一高度下落,到达磁场边界时具有相同的速度v,切割磁感线产生感应电流同时受到磁场的安培力为:F=

    B2l2v

    R,

    由电阻定律有:

    R=ρ

    4l

    S(ρ为材料的电阻率,l为线圈的边长,S为单匝导线横截面积)

    所以下边刚进入磁场时所受的安培力为:

    F=

    B2lvS

    此时加速度为:a=g−

    F

    m

    将线圈的质量m=ρ0S•4l(ρ0为材料的密度)代入上式,所以得加速度为:

    a=g−

    B2v

    16ρρ0

    经分析上式为定值,线圈Ⅰ和Ⅱ同步运动,落地速度相等v1=v2

    由能量守恒可得:

    Q=mg(h+H)−

    1

    2mv2(H是磁场区域的高度)

    Ⅰ为细导线m小,产生的热量小,所以Q1<Q2.正确选项BD,选项AC错误.

    故选:BD.

    点评:

    本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化.

    考点点评: 此题的分析首先要进行分段,即为进入磁场之前和进入磁场之后,在进入磁场之前,两线圈均做自由落体运动.当线圈的一边进入磁场后,开始受到安培力的作用,此时在竖直方向上还受到重力作用;当线圈的上下两边都进入磁场,通过线圈的磁通量不再发生变化,就不会再有安培力,线圈就会只在重力作用下运动直至落地.

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