如图所示,正方形导线框abcd的质量为m、边长为l,导线框的总电阻为R.导线框从垂直纸面向里的水平有界匀强磁场的上方某处

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  • 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=Fv,导线框消耗的电功率为:P=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=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=P

    (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,根据动能定理得,2mgl-W=0,

    解得W=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.

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