Question

18．如图所示，水平桌面的中间有一均匀的磁场区域（“×”表示垂直于桌面向下的磁感线）．桌面左端放有质量和大小均相同的金属框和塑料框．现分别用水平向右的力将它们从图中的A位置匀速拉动到B位置．请你从能量转化的角度判断这一过程中拉力分别对金属框和塑料框做的功是否相同？请说明理由．（假设两框与桌面间的接触粗糙程度相同）

Answer 1

分析 根据影响摩擦力大小的因素可以判断出滑动摩擦力的大小，进而根据W=Fs判断出克服摩擦力做的功；
再根据产生感应电流的条件得出拉动金属框需要克服磁场力做功，利用功能关系判断拉力分别对金属框和塑料框做的功．

解答 解：因为金属框和塑料框的质量相同，根据F=G=mg可知，两框对水平桌面的压力相同，
又因为两框与桌面间的接触粗糙程度相同，所以两框受到的摩擦力相同；
且两框移动的距离也相等，因而在此过程中克服摩擦力做的功相同（即转化为的内能E_内相同）；
金属框在开始进入磁场和离开磁场时，由于闭合电路的部分导体做切割磁感线运动会产生感应电流，又因为通电导体在磁场中受到力的作用，
所以金属框受到磁场力的作用，而塑料框运动时不会产生感应电流，也不受磁场力作用；
所以，在此过程中拉动金属框还需要克服磁场力做功（即转化为电能E_电）；
综上所述，拉力对金属框做的功：W_金=E_内+E_电，拉力对塑料框做的功：W_塑=E_内，
故这一过程中拉力分别对金属框和塑料框做的功不相同．
答：因为拉动金属框需要克服摩擦力和磁场力做功，将机械能转化为内能和电能；而拉动塑料框只需要克服摩擦力做功，将机械能转化为内能；由于克服摩擦力做的功相同，即转化为的内能相同；所以拉力对金属框做的功大于对塑料框做的功，即这一过程中拉力分别对金属框和塑料框做的功不相同．

点评 本题考查了影响摩擦力大小的因素、功的计算及能量转化等知识，关键要抓住功是能量转化的量度，而不是能量的量度，综合性强，有一定的难度．