(2012•盐城一模)如图所示,光滑水平面上有正方形金属线框abcd,边长为L、电阻为R、质量为m.虚线PP’和QQ’之

1个回答

  • 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=[1/2m

    v21]

    W=-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.

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