如图所示,正方形导线框abcd的质量为m、边长为l,导线框的总电阻为R.导线框从垂直纸面向里的水平有界匀强磁场的上方某处由静止*下落,下落过程中,导线框始终在与磁场垂直的竖直平面内,cd边保持水平.磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,磁场上、下两个界面水平距离为l.已知cd边刚进入磁场时线框恰好做匀速运动.重力加速度为g.(1)求cd边刚进入磁场时导线框的速度大小.(2)请证明:导线框的cd边在磁场中运动的任意瞬间,导线框克服安培力做功的功率等于导线框消耗的电功率.(3)求从导线框cd边刚进入磁场到ab边刚离开磁场的过程中,导线框克服安培力所做的功.

问题描述:

如图所示,正方形导线框abcd的质量为m、边长为l,导线框的总电阻为R.导线框从垂直纸面向里的水平有界匀强磁场的上方某处由静止*下落,下落过程中,导线框始终在与磁场垂直的竖直平面内,cd边保持水平.磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,磁场上、下两个界面水平距离为l.已知cd边刚进入磁场时线框恰好做匀速运动.重力加速度为g.

(1)求cd边刚进入磁场时导线框的速度大小.
(2)请证明:导线框的cd边在磁场中运动的任意瞬间,导线框克服安培力做功的功率等于导线框消耗的电功率.
(3)求从导线框cd边刚进入磁场到ab边刚离开磁场的过程中,导线框克服安培力所做的功.

(1)设线框cd边刚进入磁场时的速度为v,则在cd边进入磁场过程时产生的感应电动势E=Blv,根据闭合电路欧姆定律,通过导线框的感应电流I=BlvR,导线框受到的安培力F安=BIL=B2l2vR,cd边刚进入磁场时导线框做匀速运...
答案解析:(1)cd边刚进入磁场时做匀速直线运动,则重力等于安培力,法拉第电磁感应定律、欧姆定律得到安培力与速度的关系,根据平衡条件求出线框的速度.
(2)导线框cd边在磁场中运动时,克服安培力做功的功率为:P=Fv,导线框消耗的电功率为:P=I2R,将感应电流I与速度v的关系代入,即可证明.
(3)导线框ab边刚进入磁场时,cd边即离开磁场.因此导线框继续作匀速运动.导线框穿过磁场的整个过程中动能不变.根据动能定理列式求解线框克服安培力所做的功.
考试点:导体切割磁感线时的感应电动势;电磁感应中的能量转化.
知识点:本题考查电磁感应与力学和功能的综合,知道线框匀速运动时,安培力与重力平衡,结合切割产生的感应电动势公式、安培力公式、闭合电路欧姆定律进行求解.