Question

12．如圖所示，在傾角為θ的光滑絕緣斜面上，存在著兩個磁感應(yīng)強度相等的勻強磁場，方向一個垂直斜面向上，另一個垂直斜面向下，寬度均為l，一個質(zhì)量為m，邊長也為l的正方形線框以速度v進入上邊磁場時，恰好做勻速運動，求：
（1）當(dāng)ab邊剛越過ff′時，線框的加速度多大？方向如何？
（2）當(dāng)ab邊到達gg′與ff′正中間位置時，線框又恰好做勻速運動，問線框從開始進入上邊磁場到ab邊到達gg′與ff′正中間位置過程中，放出的熱量是多少？

Answer 1

分析 （1）線框開始進入磁場時做勻速直線運動，由平衡條件可以求出線框速度，當(dāng)ab邊剛越過ff′時，由牛頓第二定律可以求出線框的加速度．
（2）由能量守恒定律可以求出線框產(chǎn)生的熱量．

解答 解：（1）線框進入磁場時受到的安培力：F=BIL=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$，
ab邊剛越過ee′即做勻速直線運動，由平衡條件得：mgsinθ=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$，
在ab邊剛越過ff′時，ab、cd 邊都切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，但線框的運動速度不能突變，則此時回路中的總感應(yīng)電動勢為：E=2BLv．
此時線框受到的安培力為：F′=2BI′L=$\frac{4{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$，
由牛頓第二定律得：$\frac{4{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$-mgsinθ=ma，
解得：a=3gsinθ，方向沿斜面向上．
（2）設(shè)線框再做勻速運動的速度為v′，由平衡條件得：mgsinθ=2×$\frac{2{B}^{2}{L}^{2}v′}{R}$，
解得：v′=$\frac{v}{4}$，
線框從過ee′到再做勻速運動過程中，設(shè)產(chǎn)生的熱量為Q，由能量守恒定律得：
Q=$mg•\frac{3}{2}Lsinθ+\frac{1}{2}m{v}^{2}-\frac{1}{2}mv{′}^{2}$=$\frac{3mgLsinθ}{2}+\frac{15}{32}m{v}^{2}$；
答：（1）當(dāng)ab邊剛越過ff′時，線框加速度的值為3gsinθ．
（2）求線框從開始進入磁場到ab邊到達gg′和ff′中點的過程中產(chǎn)生的熱量是$\frac{3mgLsinθ}{2}+\frac{15}{32}m{v}^{2}$．

點評 本題的易錯點在于ab、cd兩邊均在磁場中時，兩個邊都切割磁感線，注意此時回路中的電動勢為E=2BLv．