如图1所示,水平地面上方高为h=7.25m的区域内存在匀强磁场,ef为磁场的上水平边界.边长L=l.0m,质量m=0.5kg,电阻R=2.0Ω的正方形线框abcd从磁场上方某处*释放,线框穿过磁场掉在地面上.
如图1所示,水平地面上方高为h=7.25m的区域内存在匀强磁场,ef为磁场的上水平边界.边长L=l.0m,质量m=0.5kg,电阻R=2.0Ω的正方形线框abcd从磁场上方某处*释放,线框穿过磁场掉在地面上.线框在整个运动过程中始终处于竖直平面内,且ab边保持水平.以线框释放的时刻为计时起点,磁感应强度B随时间t的变化情况如图2B-t图象,已知线框ab边进入磁场刚好能匀速运动,g取10m/s2.
求:(1)线框进入磁场时匀速运动的速度v;
(2)线框从释放到落地的时间t;
(3)线框从释放到落地的整个过程中产生的焦耳热.
(1)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,所以线框abcd受力平衡mg=FA
ab边进入磁场切割磁感线,产生的电动势E=Blv
形成的感应电流I=
=E R
Blv R
受到的安培力FA=BIl
mg=
B2l2v R
代入数据解得v=10m/s
(2)线框abcd进入磁场前时,做匀加速直线运动;进磁场的过程中,做匀速直线运动;进入磁场后到落地,仍做匀加速直线运动.
进磁场前线框的运动时间为t1=
=v g
=1s10 10
进磁场过程中匀速运动时间t2=
=l v
=0.1s; 1 10
线框完全进入磁场后线框受力情况同进入磁场前,所以该阶段的加速度仍为g=10m/s2
h-l=vt3+
gt321 2
解得:t3=0.5s
因此ab边由静止开始运动到落地用的时间为t=t1+t2+t3=1.6s
(3)线框匀速进磁场的过程中产生的焦耳热为Q1=mgL=5J;
进入磁场后的感生电动势为:
E=
=△(BS) △t
=1V; 1×1 2.2−1.2
Q2=
=
E4t4
R
=0.2J;
12×0.4 2
整个运动过程产生的焦耳热Q=Q1+Q2=5+0.2=5.2J
答:(1)线框进入磁场时匀速运动的速度v;
(2)线框从释放到落地的时间t;
(3)线框从释放到落地的整个过程中产生的焦耳热.