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精英家教网在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中有一个正方形金属线圈abcd,边长L=0.2m.线圈的ad边与磁场的左侧边界重合,如图所示,线圈的电阻R=0.4Ω.用外力把线圈从磁场中移出有两种方法:一种是用外力把线圈从左侧边界匀速平移出磁场;另一种是以ad边为轴,用力使线圈匀速转动移出磁场,两种过程所用时间都是t=0.1s.求
(1)线圈匀速平移出磁场的过程中,外力对线圈所做的功.
(2)线圈匀速转动移出磁场的过程中,外力对线圈所做的功.
分析:(1)线圈匀速平移出磁场的过程中,外力对线圈做的功等于线圈中消耗的电能,根据E=BLv、焦耳定律求解外力所做的功.
(2)线圈匀速转动时产生的电流为正弦交流电,计算线圈产生的热量要用电压的有效值,根据能量守恒外力做的功等于线圈产生的焦耳热.
解答:解:(1)使线圈匀速平动移出磁场时,bc边切割磁感线而产生恒定感应电动势E=BLv.而v=
L
t
.
外力对线圈做的功等于线圈中消耗的电能,即
  W1=
E2
R
t
=
(BLv)2
R
t
=
(BL?
L
t
)
2
R
t
=
B2L4
Rt
=
0.52×0.24
0.4×0.1
=0.01J   
(2)线圈以ad边为轴匀速转出磁场时,线圈中产生的感应电动势和感应电流都是按正弦规律变化的,感应电动势和感应电流的最大值为:
  Em=BSω,ω=
π
2t

外力对线圈做的功等于线圈中消耗的电能,即
  W2=
(
Em
2
)2
R
?t
=
E
2
m
2R
t
=
πB2L4
8Rt
=0.012J
答:
(1)线圈匀速平移出磁场的过程中,外力对线圈所做的功为0.01J.
(2)线圈匀速转动移出磁场的过程中,外力对线圈所做的功为0.012J.
点评:求第一种情况的功比较简单,第二问要结合交流电部分的知识,有一定难度,要注意灵活应用.
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