高中物理，急急急！

Question

如题所述

Answer 1

题干
边长为L=0.1m的正方形金属线框abcd，质量m=0.1kg，总电阻R=0.02Ω，从高h=0.2m处自由下落（abcd始终在竖直平面内，且ab水平）．线框下有一水平的有界匀强磁场，竖直宽度L=0.1m，磁感应强度B=1.0T，方向如图所示，（g=10m/s2）求：
（1）线框穿越磁场过程中产生的热；
（2）ab边穿越磁场过程通过a点截面的电荷量；
（3）在图示坐标中画出线框从开始下落到cd边穿出磁场过程速度与时间的图象．
答案
解：（1）当线圈ab边进入磁场时速度为：v1=
2gh
=
2×10×0.2
=2m/s
产生的电动势为：E=BLv1=1.0×0.1×2=0.2V
安培力为：F=BLI=BL
E
R
=1.0×0.1×
0.2
0.02
=1N
线圈cd边进入磁场前F=G，线圈做匀速运动，由能量关系可知焦耳热为：
Q=mgL=0.1×10×0.1=0.1J
（2）ab切割磁感线产生的电动势为：E=BLv1
电流是：I=
E
R

通过a点电量：Q=It
代入数据得：Q=0.5C
（3）由解（1）可知，线圈自由落下的时间：t1=
2h
g
=
2×0.2
10
s=0.2s
在磁场内匀速 v=v1时间：t2=
L
v1
=
0.1
2
s=0.05s
完全进入磁场后到落地运动时间为t3，则有：H-l=v1t3+
1
2
g
t
2
3

代入数据得：t3=0.2s
图象如右

答：（1）线框产生的焦耳热Q为0.1J；（2）通过线框截面的电量q为0.5C；（3）通过计算画出线框运动的v～t 图象如上图所示．
解析
线框先自由下落，以一定的速度垂直进入磁场，ab边在切割磁感线，产生感应电动势，出现感应电流，导致安培力去阻碍线框下落．当线框进入磁场时，根据安培力表达式，确定安培力与重力大小关系，从而由焦耳定律，求在下落的过程中，线框产生的焦耳热．再通过线框截面的电量q则是线框的磁通量的变化与总电阻的比值．并通过运动学公式，结合速度与时间的关系，作出图象．
本题电磁感应与力学知识简单的综合，培养识别、理解图象的能力和分析、解决综合题的能力．