解题思路:(1)根据楞次定律,确定感应电流的方向;根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律,从而得到速度的表达式,即可求解;由图求出加速度,由安培力公式和牛顿第二定律结合求解力F的大小.
(3)由线圈产生焦耳热,结合法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律,从而即可求解.
(1)根据楞次定律,知感应电流沿逆时针方向.线圈的感应电动势为:
E=BLv
感应电流为:I=[E/R]
得:v=[IR/BL]
由图知当t=2.0s时感应电流I2=0.20A,此时线圈速度为:
v2=[IR/BL]=[0.2×4/0.8×2.5]=0.40 m/s.
由图知线框做匀加速直线运动,可得加速度为:
a=
v2
t=[0.4/2]=0.20 m/s2
安培力为:
FA=BIL=0.80×0.20×2.5 N=0.40N
线框在外力F和安培力FA作用下做加速运动,
由牛顿第二定律得:F-FA=ma
解得:F=0.50N
(2)设t=5.0s时的速度为v5,则有:v5=at5=0.2×5=1m/s
金属线框从磁场拉出的过程中,拉力做功转化成线框的动能和线框中产生的焦耳线框中产生的焦耳热,则有:
Q=WF-[1/2m
v25]=1.92J-
1
2×0.5×12=1.67J
答:(1)金属线框从磁场中拉出的过程中线框中的感应电流的方向沿逆时针方向.t=2.0s时金属线框的速度为0.40 m/s,力F的大小是0.50N.
(2)已知在5.0s内力F做功1.92J,那么金属线框从磁场拉出的过程中,线框中产生的焦耳热是1.67J.
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.
考点点评: 第1问题:也可以作右手定则来确定感应电流的方向;考查楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律及焦耳定律等规律的应用,同时掌握图象在本题的应用.