如图所示,在光滑的水平面上有两个方向相反的匀强磁场垂直穿过,磁场的宽度均为L,磁感应强度大小均为B,水平面上放有一正方形金属线框,其边长为a(a<L),电阻为R.(1)若线框

◎ 题目

如图所示,在光滑的水平面上有两个方向相反的匀强磁场垂直穿过,磁场的宽度均为L,磁感应强度大小均为B,水平面上放有一正方形金属线框,其边长为a(a<L),电阻为R.

魔方格

(1)若线框以速度v从磁场区左侧匀速向右穿过该磁场区域到达磁场区右侧的过程中,求外力所做的功.
(2)若线框从磁场区左侧以水平向右的某个初速度进入磁场,刚好能从磁场区右侧全部出来,求线框在进入磁场和离开磁场的过程中产生的热量之比.

◎ 答案

(1)线圈进入磁场的过程中,安培力做功
  W1=F1a=(I1aB)a=(
Bav
R
aB)a
=
B2a3v
R

线圈从左侧磁场进入右侧磁场的过程中,
安培力做功W2=F2a=(2I2aB)a=(2
2Bav
R
aB)a=
4B2a3v
R

线圈离开磁场的过程中,安培力做功
  W3=F3a=(I3aB)a=(
Bav
R
aB
)a=
B2a3v
R

整个过程中外力做功等于安培力做的总功
 W=W1+W2+W3=
6B2a3v
R

(2)设线圈进入磁场前的初速度为v0,在左侧磁场中运动的速度为v1,线圈在右侧磁场中运动的速度为v2,线圈的质量为m
线圈在进入磁场过程中,根据动量定理得:
-
.
F1
t1=-(
.
I1
aB
)t1=mv1-mv0
又感应电荷量q1=
.
I1
t1
即-q1aB=mv1-mv0 ①
线圈从左侧磁场进入右侧磁场的过程中,同理可得:
-2F2t2=-2(
.
I2
aB
)t2=mv2-mv1
即-2q2aB=mv2-mv1
线圈离开磁场的过程中,同理可得:
-
.
F3
t3=-(
.
I3
aB
)t3=-mv2
即-q3aB=0-mv2
又感应电荷量q1=
Φ1
R
,q2=
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