如图甲所示,一边长为L=1m,电阻为R=3的正方形金属线框MNPQ水平平放在光滑绝缘水平地面上,在地面上建立如图所示坐标系,空间存在垂直地面的磁场,在m的区域I中磁场方向向上

◎ 题目

如图甲所示,一边长为L=1m,电阻为R=3的正方形金属线框MNPQ水平平放在光滑绝缘水平地面上,在地面上建立如图所示坐标系,空间存在垂直地面的磁场,在m的区域I中磁场方向向上,在m的区域II中磁场方向向下,磁感应强度的大小随x的变化规律如图乙,开始时刻线框MN边与y轴重合。
(1)若给线框以水平向右的初速度,同时在PQ边施加一水平拉力,之后线框做的匀速直线运动,求线框运动3m的过程中水平拉力所做的功;
(2)若在图示位置给线框一初速度,线框的PQ边恰能运动到磁场区域II的右边界,设线框全部在区域I中运动时产生的热量为Q1,线框全部在区域II中运动时产生的热量为Q2,求
 

◎ 答案

(1) 0.223J     (2)

◎ 解析

(1)线框在区域I中,P距O点x时,PQ切割磁感线产生的感应电动势为 
MN切割磁感线产生的感应电动势为 
线框中的感应电动势为==V   
类似的,PQ在区域II中距中间边界时,而MN在区域I中时,线框中的感应电动势为
=
线框全部在区域II中,PQ距中间边界时线框中的感应电动势为
=V
由于线框匀速运动,故水平拉力做的功等于线框中产生的焦耳热,则
=0.223J 
(2)线圈运动时产生的平均感应电动势,电量
联立化简得 
设初速度为,右边框到达中间界线时速度为,左边框到达中间界线时速度为,则据动量定理有:
  
 
  
其中 
 
故线框全部在在区域I运动时产生的热量为 
线框全部在在区域II运动时产生的热量为 

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图甲所示,一边长为L=1m,电阻为R=3的正方形金属线框MNPQ水平平放在光滑绝缘水平地面上,在地面上建立如图所示坐标系,空间存在垂直地面的磁场,在m的区域I中磁场方向向上…”主要考查了你对  【法拉第电磁感应定律】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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