题目内容

如图1所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,其质量为m,电阻为R。在金属线框的下方有一匀强磁场区域,PQ和P´Q´是该匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向与线框平面垂直。现金属线框由距PQ某一高度处从静止开始下落,经时间后刚好到达PQ边缘,速度为,假设线框所受的空气阻力恒定。图2是金属线框由静止开始下落到完全穿过匀强磁场区域过程中的速度—时间图象。
试求:

(1)金属线框由静止开始下落到完全穿过匀强磁场区域的总位移;
(2)金属线框在进入匀强磁场区域过程中流过其横截面的电荷量;
(3)金属线框在整个下落过程中所产生的焦耳热。

(1);(2);(3)

解析试题分析:
(1)由图像得:线框进入磁场前: 
线框进入磁场过程:
线框在磁场内匀加速运动:
线框穿出磁场和进入磁场位移相等:
所以:
(2)线框刚进入磁场时作匀速运动:  
;          
线框进入磁场前作匀加速运动:
所以:

(3)全过程用动能定理:

解得:

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