解题思路:(1)线圈进入磁场前在恒力F0作用下由静止开始做匀加速运动,由动能定理可求出cd进入磁场时的速度v,由E=BLv求出感应电动势,此时cd边的电势差等于路端电压,为34E;(2)由题,ab边进入磁场前某时刻,线框已经达到平衡状态,根据平衡条件和安培力公式可求出匀速运动时的速度,从开始运动到线圈刚完全进入磁场的过程,根据动能定理求解安培力做的总功;完全进入磁场后没有感应电流产生,线圈不再受到安培力.(3)从线圈刚完全进入磁场到刚离开磁场的过程,根据动能定理求出线圈开始离开磁场时的速度.根据牛顿第二定律和速度公式结合求出F的表达式.
(1)线圈进入磁场前线圈做匀加速运动,牛顿第二定律和速度公式加速度为 a=
F0
m
cd刚进入磁场时速度为 v=at
而线圈通过的位移s=[1/2at2
解得,v=
2F0s
m]
cd边刚进入磁场时产生的感应电动势 E=BLv
此时cd边的电势差U=[3/4E
联立以上各式得 U=
3
4BL
2F0s
m].
(2)进入磁场后达到平衡时,设此时速度为v1,则有F0=BIL=
B2L2v1
R
得v1=
F0R
B2L2
根据动能定理得 F0(L+s)+W安=[1/2m
v21]
W安=-F0(L+s)+
m
F20R2
2B4L4
(3)平衡后到开始离开磁场时,设线圈开始离开磁场时速度为v2
F0(H-L)=[1/2]mv22-[1/2]mv12
解得,v2=
F20R2
B4L4+
2F0(H−L)
m
此时的安培力
B2L2v2
R>ma
所以,离开磁场
B2L2v
R-F=ma
而v=v2-at,
代入v2 得F=
B2L2
R
F20R2
B4L4+
2F0(H−L)
m-F0-
B2L2F0
mRt
答:
(1)cd边刚进入磁场时cd两端的电势差为[3/4BL
2F0s
m].;
(2)cd边从进入磁场到QQ’这个过程中安培力做的总功为-F0(L+s)+
m
F20R2
2B4L4;
(3)写出线框离开磁场的过程中,F随时间t变化的关系式为
B2L2
R
F20R2
B4L4+
2F0(H−L)
m-F0-
B2L2F0
mRt.
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: 本题物理过程并不十分复杂,关键是表达式比较繁琐,要有足够的耐心和细心列式,才能得到正确结果.对于第1题,也可以根据动能定理求解v,列式如下:F0s=12mv2.