题目内容

如图甲所示,一正方形单匝线框abcd放在光滑绝缘水平面上,线框边长为L、质量为m、电阻为R;该处空间存在一方向竖直向下的匀强磁场,其右边界MN平行于ab,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,已知t0时刻B=Bo.求:
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(1)若线框保持静止,则在时间t0内线框中产生的感应电流大小、方向;
(2)若线框从零时刻起,在一水平拉力作用下由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a,经过时间to线框cd边刚要离开边界MN;则在0~t0时间内,拉力做的功为多少?
分析:(1)若线框保持静止,在时间t0内B均匀增大,穿过线框的磁通量均匀增大,产生恒定的感应电流,根据法拉第电磁感应定律和欧姆定律求出感应电流.由楞次定律判断感应电流的方向.
(2)线框处在匀强磁场中时所受的安培力的合力为零,根据运动学公式和牛顿第二定律结合求解F,由功的计算公式W=Fs求W.
解答:解:(1)线框中产生的感应电动势:E=
△Φ
△t
=
L2B0
t0

感应电流为:I=
E
R
=
L2B0
Rt0
.
由楞次定律判断得知感应电流的方向为abcda.
(2)由匀变速直线运动规律知,经过时间t0线框的位移:s=
1
2
at02
线框处在匀强磁场中所受的安培力的合力为零,则根据牛顿第二定律得:F=ma,
所以拉力做的功:W=Fs=
1
2
ma2t02
答:(1)若线框保持静止,则在时间t0内线框中产生的感应电流大小为
L2B0
Rt0
,方向为abcda;
(2)在0~t0时间内,拉力做的功为
1
2
ma2t02.
点评:本题是电磁感应与电路知识、运动学规律和牛顿第二定律的综合应用,关键要注意:线框处在匀强磁场中所受的安培力的合力为零.
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