题目内容

如图所示,竖直面内的正方形导线框ABCD、abcd的边长均为l、电阻均为R,质量分别为2m和m,它们分别系在一跨过两个定滑轮的轻绳两端,在两导线框之间有一宽度为2l、磁感应强度大小为B、方向垂直竖直面向里的匀强磁场.开始时ABCD的下边与匀强磁场的上边界重合,abcd的上边到匀强磁场的下边界的距离为l.现将系统由静止释放,当ABCD刚全部进入磁场时,系统开始做匀速运动.不计摩擦和空气阻力,求:
(1)系统匀速运动的速度大小.
(2)两线框从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热.
(3)线框abcd通过磁场的时间.
分析:(1)当ABCD刚全部进入磁场时,系统开始做匀速运动,分别对两线框列平衡方程,可得abcd框安培力大小,继而求得感应电流大小,根据欧姆定律和法拉第电磁感应定律可得系统匀速运动的速度大小
(2)当左、右两线框分别向上、向下运动2l的距离时,两线框等高,根据能量守恒得系统机械能的减少等于产生的总焦耳热
(3)由题意可知,线框abcd通过磁场时始终以速度v匀速运动,由运动距离及速度大小可得时间
解答:解:(1)如图所示,设两线框刚匀速运动的速度为v、此时轻绳上的张力为T,则对ABCD有:T=2mg…①
对abcd有:T=mg+BIl…②
I=
E
R
…③
E=Blv…④
则:v=
mgR
B2l2
…⑤
(2)设两线框从开始运动至等高的过程中所产生的焦耳热为Q,当左、右两线框分别向上、向下运动2l的距离时,两线框等高,对这一过程,由能量守恒定律有:4mgl=2mgl+
1
2
3mv2+Q
…⑥
解⑤⑥得:Q=2mgl-
3m3g2R2
2B4l4

(3)线框abcd通过磁场时以速度v匀速运动,设线框abcd通过磁场的时间为t则:t=
3l
v
…⑦
解⑤⑦得:t=
3B2l3
mgR

答:(1)系统匀速运动的速度大小
mgR
B2l2

(2)两线框从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热Q=2mgl-
3m3g2R2
2B4l4

(3)线框abcd通过磁场的时间:t=
3B2l3
mgR
点评:本题是电磁感应中的力学问题,安培力的计算和分析能量如何转化是解题关键,要加强训练,熟练掌握法拉第定律、欧姆定律、安培力等等基础知识,提高解题能力.
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