(2014•武汉模拟)如图所示,在空中有一水平方向的匀强磁场区域,区域的上下边缘间距为h,磁感应强度为B.有一长度为L、

(2014•武汉模拟)如图所示,在空中有一水平方向的匀强磁场区域,区域的上下边缘间距为h,磁感应强度为B.有一长度为L、宽度为b(b<h)、电阻为R、质量为m的矩形线圈紧贴磁场区域的上边缘从静止起竖直下落,当线圈的下边穿出磁场时,恰好以速率v匀速运动.已知重力加速度为g,求
(1)线圈匀速运动的速率v;
(2)穿过磁场区域过程中,线圈中产生的热量Q;
(3)线圈穿过磁场区域所经历的时间t.
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厄秀拉 幼苗

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解题思路:(1)当线圈的下边穿出磁场时,恰好做匀速运动,重力与安培力二力平衡,由平衡条件和安培力的表达式FA=
B2L2v
R
结合,可求得线圈匀速运动的速率v.
(2)穿过磁场区域过程中,线框的机械能减小转化为内能,根据能量守恒定律求解线圈中产生的热量Q.
(3)线圈进入磁场过程中,由牛顿第二定律和加速度的定义式结合,运用积分法求解时间;线圈完全进入磁场的过程,磁通量不变,没有感应电流产生,不受安培力,线框做匀加速运动,加速度为g,由运动学速度时间公式求时间;对于匀速运动过程,由位移公式求解时间,即可得到总时间.

(1)线圈匀速穿出磁场,产生的感应电动势为:E=BLv
回路中的电流为:I=[E/R]
此时线圈受到竖直向上的安培力为:F=BIL
联立以上三式得:F=
B2L2v
R
由平衡条件得:F=mg
所以有:v=[mgR
B2L2
(2)线圈穿过磁场区域过程中,由能量守恒定律得线圈中产生的热量为:
Q=mg(b+h)-
1/2mv2=mg(b+h)-
m3g2R2
2B4L4]
(3)线圈进入磁场过程中,下边进入磁场时线圈的速率为0,上边进入磁场时线圈的速率为v1
当其速率为v时,由牛顿运动定律得:mg-
B2L2v
R=ma
又 a=[△v/△t]
整理,得:mg△t-
B2L2
Rv△t=m△v
两边求和,得:



(mg△t)-



B2L2
Rv△t)=


(m△v)
即得:mg


△t)-
B2L2
R


(v△t)=


(m△v)
所以 mgt1-
B2

点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;焦耳定律.

考点点评: 本题是电磁感应与力学的综合,正确分析线圈的受力情况,运用力学的基本规律:平衡条件、能量守恒定律和牛顿第二定律、运动学公式解题.本题关键要抓住进入磁场的过程,线圈做非匀变速运动,不能根据运动学公式求解时间,可运用牛顿第二定律和积分法求解.

1年前

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