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

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 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:

魔方格

(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
△Φ
△t
=NS
△B
△t
=Ndl
Kt1-0
t1-0
=NKld,
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=E1-E1′=0
即:NKdl=NKlgt12sinθ,
∴磁场宽度:d=gt12sinθ;
(2)由(1)可知:E1=NKld,感应电流:I=
E1
R
=
NKld
R

从t=0到t=t1运动过程中线圈产生的热量Q:
 Q=I2Rt1=
N2k2L2g2sin2θ
t51
R

(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=NB2Lv2I2=
NB2Lv2
R

v2=
mgRsinθ
N2k2t2L2

由动能定理:
1
2
m
v22
-
1
2
m
v21
=mgdsinθ-W

解得:W=
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