题目内容

13.如图所示,在光滑绝缘的水平面上有一个用一根均匀导体围成的正方形线框abcd,其边长为L,总电阻为R,放在磁感应强度为B.方向竖直向下的匀强磁场的左边,图中虚线MN为磁场的左边界.线框在大小为F的恒力作用下向右运动,其中ab边保持与MN平行.当线框以速度v0进入磁场区域时,它恰好做匀速运动.在线框进入磁场的过程中,求:
(1)线框的ab边产生的感应电动势E的大小为多少?
(2)求线框a、b两点的电势差,并指明a、b哪端电势高.
(3)求线框中产生的焦耳热.

分析 (1)根据感应电动势公式E=BLv求出感应电动势的大小E.
(2)ab边切割磁感线,相当于电源,ab间的电压是路端电压,根据欧姆定律求解.
(3)线框进入过程做匀速运动,恒力F所做的功等于线圈中产生的焦耳热,根据功能关系求出焦耳热.

解答 解:(1)根据感应电动势公式,E=BLv0
(2)ab边切割磁感线产生的感应电动势:E=BLv0
根据:$I=\frac{E}{R}$,得回路中的感应电流   $I=\frac{{BL{v_0}}}{R}$
由闭合电路的欧姆定律得:U=IR
ab两端的电势差:$U=I•\frac{3}{4}R=\frac{3}{4}BL{v_0}$
由右手定则判定:a端电势高             
(3):线圈进入磁场区域时产生的感应电动势为E=BLv0电路中的总电功率为$P=\frac{E^2}{R}$
线圈中产生的热量$Q=Pt=P\frac{L}{v_0}$
联解可得:$Q=\frac{{{B^2}{L^3}{v_0}}}{R}$
答:(1)线框的ab边产生的感应电动势E的大小为BLv0
(2)线框a、b两点的电势差为$\frac{3}{4}BL{v}_{0}$,a端电势高.
(3)线框中产生的焦耳热为$\frac{{B}^{2}{L}^{3}{v}_{0}}{R}$.

点评 本题是电磁感应与电路、力学等知识的综合应用.第(3)问也可根据焦耳定律求解:Q=I2Rt.

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