题目内容

【题目】竖直平面内存在有界的磁场如图所示,磁场的上边界MN和下边界PQ与水平轴x平行,且间距均为4L;在y>0区域,磁场垂直纸面向里,y<0区域磁场垂直纸面向外;沿同一水平面内磁感应强度相同,沿竖直方向磁感应强度满足B=ky(k为已知常量,﹣4L≤y≤4L)。现有一个质量为m、电阻为R、边长为L的正方形线圈abcd;t=0时,线圈在上边框ab与磁场上边界MN重合位置从静止开始释放,线圈下边框cd到达x轴前已达到稳定速度。不计空气阻力,重力加速度为g,试求

(1)线圈下边框cd达到x轴时的速度v;

(2)线圈开始释放到下边框cd与x轴重合时经过的时间t;

(3)线圈开始释放到线圈下边框cd与磁场下边界PQ重合的过程产生的焦耳热Q。

【答案】(1);(2);(3)7mgL。

【解析】

(1)运动过程中产生的感应电动势E=(Bab﹣Bdc)Lv

根据闭合电路的欧姆定律可得:I

线框受到的安培力FA=BabIL﹣BcdIL

其中Bab﹣Bcd=kL

匀速运动时受力平衡,则FA=mg

联立解得:v;

(2)根据动量定理可得:mg△t﹣(BabIL﹣BcdIL)△t=mv

则有:mg△tmv

解得:△t;

(3)线圈匀速运动后将一直匀速运动到cd边框与磁场下边界PQ重合,那么:

mg7L﹣Q

解得:Q=7mgL

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