如图所示,在光滑绝缘水平面上,有一半径r=10cm、电阻R=0.01Ω、质量m=0.02kg的金属圆环以v0=10m/s的速度向一足够大、磁感应强度B=0.3T的匀强磁场滑去,当圆环刚好有一半进入磁场时,圆环的加速度为a=158.4m/s2,此过程圆环增加的内能为______焦耳.(保留两位有效数字)
问题描述:
如图所示,在光滑绝缘水平面上,有一半径r=10cm、电阻R=0.01Ω、质量m=0.02kg的金属圆环以v0=10m/s的速度向一足够大、磁感应强度B=0.3T的匀强磁场滑去,当圆环刚好有一半进入磁场时,圆环的加速度为a=158.4m/s2,此过程圆环增加的内能为______焦耳.(保留两位有效数字)
答
当圆环刚好有一半进入磁场时,环的有效切割长度的圆的直径,即2r,由法拉第电磁感应定律得:
E=BLv=2Brv,
感应电流:I=
E R
圆环受到的安培力:F=BIL=
4B2r2v R
圆环的加速度:a=
F m
所以:a=
4B2r2v mR
v=
=maR 4B2r2
=8.8m/s0.02×158.4×0.01 4×0.32×0.12
对圆环,由能量守恒定律得:
mv02=Q+1 2
mv2,1 2
代入数据解得:Q=0.23J
故答案为:0.23J
答案解析:根据切割产生的感应电动势公式求出感应电动势的大小,从而根据闭合电路欧姆定律求出电流的大小,再根据安培力大小公式求出安培力的大小,通过此时的安培力,结合牛顿第二定律求出加速度的大小与环的速度的大小之间的关系.最后根据能量守恒定律,抓住动能的减小量全部转化为热量求出.
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:本题考查了电磁感应与电路、能量和力学的基本综合,难度不大,此类问题是高考的热点问题,需加强训练.