如图所示,质量为m的矩形线框MNPQ,MN边长为a,NP边长为b;MN边电阻为R1,PQ边电阻为R2,线框其余部分电阻不计.现将线框放在光滑绝缘的水平桌面上,PQ边与y轴重合.空间存在一

◎ 题目

如图所示,质量为m的矩形线框MNPQ,MN边长为a,NP边长为b;MN边电阻为R1,PQ边电阻为R2,线框其余部分电阻不计.现将线框放在光滑绝缘的水平桌面上,PQ边与y轴重合.空间存在一个方向垂直桌面向下的磁场,该磁场的磁感应强度沿y轴方向均匀,沿x轴方向按规律Bx=B0(1-kx)变化,式中B0和k为已知常数且大于零.矩形线框以初速度v0从图示位置向x轴正方向平动.求:
(1)在图示位置时线框中的感应电动势以及感应电流的大小和方向;
(2)线框所受安培力的方向和安培力的表达式;
(3)线框的最大运动距离xm
(4)若R1=2R2,线框运动到
xm
2
过程中,电阻R1产生的焦耳热.
魔方格

◎ 答案

(1)E=
△Φ
△t
=ab
△B
△t
=ab
△B
△x
△x
△T
=kabv0B0
I=
E
R1+R2
=
kabv0B0
R1+R2

感应电流方向沿:NPQMN
(2)线框受的安培力水平向左,安培力为:
F=aI△B=
k2a2
b2B20
R1+R2
v

(3)根据牛顿第二定律知:
F=F1-F2=m
△v
△t
=-
(kabB0)2△x
(R1+R2)△t

其中m△v=-
(kabB0)2△x
R1+R2

mv0=
(kabB0)2xm
R1+R2

联立解得xm=
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