题目内容
4.(1)当ab边刚进入磁场时,ab两端的电压Uab;
(2)磁场的宽度d;
(3)整个过程中产生的总热量Q.
分析 (1)ab边相当于电源,根据切割公式求解感应电动势,根据闭合电路欧姆定律求解ab两端的电压Uab;
(2)根据安培力公式求解安培力,根据平衡条件求解拉力;根据运动学公式求解磁场的宽度d;
(3)匀速进入磁场过程是恒定电流,根据焦耳定律求解焦耳热;根据功能关系求解摩擦产生的热量;最后翻转过程是正弦式交流电,先根据Em=NBSω求解最大值,得到有效值,最后根据焦耳定律求解电热.
解答 解:(1)ab边相当于电源,根据切割公式,有:
E=BLv
根据闭合电路欧姆定律,有:
I=$\frac{E}{R}$=$\frac{BLv}{R}$
根据欧姆定律,有:
Uab=I×$\frac{3}{4}R$=$\frac{3BLv}{4}$
(2)根据平衡条件,有:
F=FA+μmg=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}+μmg$
撤去拉力后,线框匀减速运动,加速度为-μg,根据速度位移关系公式,有:
x1=$\frac{{v}^{2}}{2μg}$
所以:d=L+$\frac{{v}^{2}}{2μg}$
(3)进入磁场过程中产生焦耳热:
Q1=I2Rt1=$\frac{{B}^{2}{L}^{3}v}{R}$
由于摩擦产生的热量:
Q2=μmg(L+$\frac{{v}^{2}}{2μg}$)=$μmgL+\frac{1}{2}m{v}^{2}$
线框在绕ab轴翻转过程中,Em=BL2ω,有效值:
E=$\frac{B{L}^{2}ω}{\sqrt{2}}$
t=$\frac{1}{4}T=\frac{π}{2ω}$
产生焦耳热:
Q3=I2Rt=$\frac{{E}^{2}}{R}t$=$\frac{π{B}^{2}{L}^{4}ω}{4R}$;
所以整个过程产生的热量为:
Q=Q1+Q2+Q3=μmgL+$\frac{1}{2}$mv2+$\frac{{B}^{2}{L}^{3}v}{R}$+$\frac{π{B}^{2}{L}^{4}ω}{4R}$;
答:(1)当ab边刚进入磁场时,ab两端的电压Uab为$\frac{3BLv}{4}$;
(2)水平拉力F的大小为$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}+μmg$,磁场的宽度d为L+$\frac{{v}^{2}}{2μg}$;
(3)整个过程中产生的总热量Q为μmgL+$\frac{1}{2}$mv2+$\frac{{B}^{2}{L}^{3}v}{R}$+$\frac{π{B}^{2}{L}^{4}ω}{4R}$.
点评 本题关键是将线框的运动过程分为匀速、匀减速、转动三个过程进行分析,注意最后的翻转过程是正弦式交流电.要注意求电功时要用交流电的有效值.
| A. | 2m、2m | B. | 2m、4m | C. | 4m、2m | D. | 4m、4m |
| A. | 该电场一定是匀强电场 | |
| B. | M点的电势低于N点的电势 | |
| C. | 从M点到N点的过程中,电势能逐渐增大 | |
| D. | 带电粒子在M点所受电场力大于在N点所受电场力 |
| A. | 开普勒三定律和牛顿第二定律 | B. | 开普勒三定律和圆周运动知识 | ||
| C. | 开普勒三定律和牛顿第三定律 | D. | 牛顿第二定律和和圆周运动知识 |
| A. | 岩盐是晶体 | B. | 岩盐是非晶体 | ||
| C. | 固体岩盐中氯离子是静止的 | D. | 固体岩盐中钠离子是运动的 |
| A. | 物块a重力势能减少量等于物块b重力势能的增加量 | |
| B. | 摩擦力对a做的功等于a机械能的增加量 | |
| C. | 摩擦力对a做的功等于物块a、b动能增加之和 | |
| D. | 在同一时刻,重力对物块a、b的瞬时功率的大小关系为 Pa<Pb |