题目内容

如图,一边长L=0.4m、质量m1=0.2kg、电阻R=0.1Ω的正方形导体线框abcd,与一质量为m2=1.0kg的物块通过轻质细线跨过两定滑轮相连.磁感应强度B=1.0T,磁场宽度d1=0.8m,开始时bc边距磁场下边界为d2=1.0m,物块放在倾角θ=53°的斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数为μ=
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.现将物块由静止释放,经过一段时间后发现当ad边从磁场上边缘穿出时,线框恰好做匀速运动,已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,取g=10m/s2.求:
(1)线框ad边从磁场上边缘穿出时速度的大小;
(2)线框ad边刚刚进入磁场时的动能;
(3)线框从开始运动到全部穿出磁场的过程中产生的焦耳热.
分析:根据物体运动状态和受力分析,结合安培力公式求出线框ad边从磁场上边缘穿出时速度的大小
对整体运动动能定理,求出线框ad边刚刚进入磁场时速度,再求出动能.
对整体运用能量守恒求出产生的焦耳热.
解答:解:(1)设ad边从磁场上边缘穿出时速度为 v1,物块此后也匀速运动 
对m2:T+μm2gcos53°=m2gsin53°
  求得:T=6 N
  对m1:T-m1g-F=0
F=BIL
解得:v1=2.5m/s
(2)设线框ad边刚刚进入磁场时,速度为v2,对整体有
(m2gsin53°-μm2gcos53°)(d2-L)-m1g(d2-L)=
1
2
(m1+m2)v22
解得:v2=2.5m/s
∴Ek=
1
2
m1v22=0.4J
(3)从开始运动到bc边离开磁场,对整体有
(m2gsin53°-μm2gcos53°)(d1+d2)-m1g(d1+d2)-W=
1
2
(m1+m2)v12
对线框有Q=W
解得:Q=3.45 J.   
答:(1)线框ad边从磁场上边缘穿出时速度的大小是2.5m/s;
(2)线框ad边刚刚进入磁场时的动能是0.4J;
(3)线框从开始运动到全部穿出磁场的过程中产生的焦耳热是3.45 J.
点评:本题考查了电磁感应与力学和功能关系的综合,对于这类问题要正确受力分析,尤其是正确分析安培力的情况,然后分析清楚运动情况.
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