题目内容

10.如图所示,有一沿水平方向的有界匀强磁场区域,区域的上下边缘间距为h,磁感应强度为B.有一宽度为b(b<h)、长度为L、电阻为R、质量为m的矩形导体线框从某一高度竖直下落,当线框的PQ边到达磁场上边缘时速度为vo,接着线框做变速运动至PQ边到达磁场下边缘时,速度又变为v0.试求:
(1)进入磁场的过程中,线框中感应电流的方向;  
(2)PQ边刚进入磁场时线框的加速度;
(3)线框穿越磁场的过程中产生的焦耳热Q.

分析 (1)根据楞次定律判断感应电流的方向.
(2)由牛顿第二定律和安培力公式结合求解加速度.
(3)从PQ边刚进入磁场到PQ边到达磁场下边缘的过程中,动能不变,线框的重力势能减小转变为内能,由能量守恒定律求解.

解答 解:(1)线框进入磁场时磁通量增加,由楞次定律判断知,线框中感应电流的方向为逆时针方向.
(2)据题分析知,线框进入磁场时应做减速运动,由牛顿第二定律得:
  BIL-mg=ma
又 I=$\frac{BL{v}_{0}}{R}$
联立可得 a=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{0}}{mR}$-g,方向竖直向上.
(3)从PQ边刚进入磁场到PQ边到达磁场下边缘的过程中,动能不变,由能量守恒定律知,线框进入磁场的过程中产生的焦耳热为 Q1=mgh
线框离开磁场与进入磁场的过程中运动情况相同,产生的热量相同,所以线框穿越磁场的过程中产生的焦耳热 Q=2Q1=2mgh.
答:
(1)进入磁场的过程中,线框中感应电流的方向为逆时针方向;  
(2)PQ边刚进入磁场时线框的加速度大小为$\frac{{B}^{2}{L}^{2}{v}_{0}}{mR}$-g,方向竖直向上;
(3)线框穿越磁场的过程中产生的焦耳热Q为2mgh.

点评 本题是电磁感应与力学的综合,正确分析线圈的受力情况,运用力学的基本规律:牛顿第二定律、能量守恒定律解题.

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