如图所示,由粗细均匀、同种金属导线构成的长方形线框abcd放在光滑的水平桌面上,线框边长分别为L和2L,其中ab段的电阻为R.在宽度为2L的区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场

◎ 题目

如图所示,由粗细均匀、同种金属导线构成的长方形线框abcd放在光滑的水平桌面上,线框边长分别为L和2L,其中ab段的电阻为R.在宽度为2L的区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的方向竖直向下.线框在水平拉力的作用下以恒定的速率v通过匀强磁场区域,线框平面始终与磁场方向垂直.求:
(1)在线框的cd边刚进入磁场时,ab边两端的电压Uab
(2)为维持线框匀速运动,水平拉力F的大小;
(3)在线框通过磁场的整个过程中,bc边金属导线上产生的电热Qbc
魔方格

◎ 答案

(1)cd边进入磁场时产生的感应电动势为  E=BLv                                    
整个回路的电阻为  R=6R                                  
回路中的电流为
  I=
E
R
=
BLv
6R
                                 
ab边两端电压的大小为 Uab=IR=
1
6
BLv
                          
(2)为维持线框匀速运动,外力应始终等于安培力,即:F=F       
线框所受安培力为F=BIL=
B2L2v
6R

则水平拉力 F=F=
B2L2v
6R
                           
(3)整个线框通过磁场的过程中所经历的时间为
  t=
x
v
=
4L
v
                       
整个过程中bc段金属导线上产生的电热为
Qbc=I22Rt=(
BLv
6R
)2
?2R?
4L
v
=
2B2L3v
9R
       
 答:
 (1)在线框的cd边刚进入磁场时,ab边两端的电压Uab
1
6
BLv;
(2)为维持线框匀速运动,水平拉力F的大小为
B2L2v
6R

(3)在线框通过磁场的整个过程中,bc边金属导线上产生的电热Qbc 是
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2B2L3v
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