解题思路:(1)cd边刚进入磁场时做匀速直线运动,则重力等于安培力,法拉第电磁感应定律、欧姆定律得到安培力与速度的关系,根据平衡条件求出线框的速度.
(2)导线框cd边在磁场中运动时,克服安培力做功的功率为:P安=F安v,导线框消耗的电功率为:P耗=I2R,将感应电流I与速度v的关系代入,即可证明.
(3)导线框ab边刚进入磁场时,cd边即离开磁场.因此导线框继续作匀速运动.导线框穿过磁场的整个过程中动能不变.根据动能定理列式求解线框克服安培力所做的功.
(1)设线框cd边刚进入磁场时的速度为v,
则在cd边进入磁场过程时产生的感应电动势E=Blv,
根据闭合电路欧姆定律,通过导线框的感应电流I=[Blv/R],
导线框受到的安培力F安=BIL=
B2l2v
R,
cd边刚进入磁场时导线框做匀速运动,所以F安=mg,
联立解得v=[mgR
B2l2.
(2)导线框cd边在磁场中运动时,克服安培力做功的功率为P安=F安v=
B2l2v2/R],
导线框消耗的电功率P耗=I2R=
B2l2v2
R,
因此有:P安=P耗.
(3)导线框ab刚进入磁场时,cd边即离开磁场,因此导线框继续做匀速运动.导线框穿过磁场的过程中,导线框的动能不变,
设导线框克服安培力做功为W安,根据动能定理得,2mgl-W安=0,
解得W安=2mgl.
答:(1)cd边刚进入磁场时导线框的速度大小为
mgR
B2l2.
(2)证明略.
(3)导线框克服安培力所做的功为2mgl.
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: 本题考查电磁感应与力学和功能的综合,知道线框匀速运动时,安培力与重力平衡,结合切割产生的感应电动势公式、安培力公式、闭合电路欧姆定律进行求解.