题目内容
【题目】如图所示,相距为d的两水平线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的边界,磁场的磁感应强度为B,正方形线框abcd边长为L(L<d)、质量为m,电阻为R.将线框在磁场上方高h处由静止释放,ab边刚进入磁场和穿出磁场时的速度恰好相等.则在线框全部穿过磁场的过程中( )
A.ab边刚进入磁场时ab两端的电势差为 BL
B.感应电流所做功为mgd
C.感应电流所做功为2mgd
D.线框最小速度为
【答案】C,D
【解析】解:A、将线框在磁场上方高h处由静止释放,ab边刚进入磁场时,有 ,线框的速度 ,ab边产生的感应电动势 ,ab两端的电势差为路端电压 ,A不符合题意;
BC、在线框全部穿过磁场的过程中,线框只受重力和安培力.
又有ab边刚进入磁场和穿出磁场时的速度恰好相等,则根据动能定理可得:线框进入磁场感应电流所做的负功大小等于线框下降d重力所做的功,
所以,线框进入磁场感应电流所做的负功大小等于mgd;
ab边刚进入磁场和穿出磁场时的速度恰好相等,其产生的感应电动势也相等,感应电流也相等,所以安培力也相等,即两状态线框的受力完全相同,初速度也相同,所以,线框穿出磁场和进入磁场两过程感应电流所做的功相等,所以,在线框全部穿过磁场的过程中,感应电流所做的功为2mgd,B不符合题意,C符合题意;
D、线框进入磁场感应电流所做的负功大小等于mgd,L<d,即线框在进入磁场过程中一直在减速;完全进入磁场后只受重力,加速下落;穿出磁场时,又减速下落;
因为ab边刚进入磁场和穿出磁场时的速度恰好相等,线框穿出磁场和进入磁场两过程感应电流所做的功相等,所以,线框速度最小时为线框刚刚完全进入磁场时,
由动能定理可得: ,所以, ,D符合题意.
故答案为:CD.
线圈进入磁场的过程中转化为线圈的动能和内能,再结合,闭合电路欧姆定律以及安培力的公式综合分析即可。