如图所示,N匝矩形金属线圈的质量为m,电阻为R,放在倾角为θ的光滑斜面上,其ab边长度为L且与斜面底边平行.与ab平行的两水平虚线MN、PQ之间,在t=0时刻加一变化的磁场,磁感
◎ 题目
如图所示,N匝矩形金属线圈的质量为m,电阻为R,放在倾角为θ的光滑斜面上,其ab边长度为L且与斜面底边平行.与ab平行的两水平虚线MN、PQ之间,在t=0时刻加一变化的磁场,磁感应强度B大小随时间t的变化关系为B=Kt,方向垂直斜面向上.在t=0时刻将线圈由图中位置静止释放,在t=t1时刻ab边进入磁场,t=t2时刻ab边穿出磁场.线圈ab边刚进入磁场瞬间电流为0,穿出磁场前的瞬间线圈加速度为0.(重力加速度为g)求: (1)MN、PQ之间的距离d; (2)从t=0到t=t1运动过程中线圈产生的热量Q; (3)线圈的ab边在穿过磁场过程中克服安培力所做的功W. |
◎ 答案
(1)线圈进入磁场前做匀加速运动, 由牛顿第二定律得:mgsinθ=ma,a=gsinθ, 当t=t1时,线圈的速度:v1=at1=gsinθt1…① 由法拉第电磁感应定律得,由于磁场变化产生的感应电动势: E1=N
ab边切割磁感线产生的感应电动势: E1′=NB1lv1=NKlgt12sinθ, 由题意可知瞬间电流为0, 则:E合=E1-E1′=0 即:NKdl=NKlgt12sinθ, ∴磁场宽度:d=gt12sinθ; (2)由(1)可知:E1=NKld,感应电流:I=
从t=0到t=t1运动过程中线圈产生的热量Q: Q=I2Rt1=
(3)当t=t2时,由题意知:mgsinθ-NB2I2L=0, 设ab边穿出磁场瞬间的速度为v2, ε2=NB2Lv2,I2=
∴v2=
由动能定理:
解得:W= |