题目内容
如图所示,一边长L,质量m2=m,电阻为R的正方形导体线框abcd,与一质量为m1=2m的物块通过轻质细线绕过定滑轮P和轮轴Q后相联系,Q的轮和轴的半径之比为r1:r2=2:1。起初ad边距磁场下边界为L,磁感应强度B,磁场宽度也为L,且物块放在倾角θ=53°的斜面上,斜面足够长,物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5。现将物块由静止释放,经一段时间后发现当ad边从磁场上边缘穿出时,线框恰好做匀速运动。(sin53°=0.8,cos53°= 0.6)求:
(1)线框与物体在任一时
刻的动能之比;
(2)ad边从磁场上边缘穿出时速度的大小;
(3)ad刚进入磁场时线框动能的大小和线框进入磁场过程中通过ab截面的电量;
(4)线框穿过磁场的运动过程产生的焦耳热。
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(1)对Q同轴转动:所以线框与物体的速度之
比v2:v1=1:2,
由
知:EK1:EK2=8:1 (2分)
(2)由于线框匀速出磁场,
则对
有:
,
对
有:
,
对Q有:
又因为
,
联立并代入数据可得:
(4分)
电量 q =
(2分)
( 3 )从线框刚刚全部进入磁场到线框ad边刚要进入磁场,由动能定理得:
且
将代入,整理可得线框刚刚进入磁场时,动能为
(3分)
(4)从初状态到线框刚刚完全出磁场,由能的转化与守恒定律可得
,
将数值代入,整理可得线框在整个运动过程中产生的焦耳热为:
(3分)