如图所示,将边长为a、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出,穿过宽度为b、磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里,线框向上离开磁场时的速度刚好是进入

◎ 题目

如图所示,将边长为a、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出,穿过宽度为b、磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里,线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进入磁场,整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f,且线框不发生转动.求:
(1)线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度v2
(2)线框在上升阶段刚离开磁场时的速度v1
(3)线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q.

◎ 答案

(1)线框在下落阶段匀速进入磁场瞬间有
mg=f+
B2a2v2
R
,解得v2=
(mg-f)R
B2a2

线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度v2=
(mg-f)R
B2a2

(2)由动能定理,线框从离开磁场至上升到最高点的过程
0-(mg+f)h=0-
1
2
mv12
线圈从最高点落至进入磁场瞬间:
(mg-f)h=
1
2
mv22
由①②得v1=

mg+f
mg-f
v2=

(mg)2-f2
R
B2a2

线框在上升阶段刚离开磁场时的速度v1=

(mg)2-f2
R
B2a2

(3)线框在向上通过磁场过程中,由能量守恒定律有:
1
2
mv02-
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