Question

【題目】如圖1所示，匝正方形線框用細(xì)線懸掛于天花板上且處于靜止?fàn)顟B(tài)，線框平面在紙面內(nèi)，線框的邊長為,總電阻為,線框的下半部分（總面積的一半）處于垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場，磁場的上、下邊界之間的距離為（），磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度按照?qǐng)D2變化，時(shí)刻，懸線的拉力恰好為零，圖中的已知。在時(shí)刻剪斷細(xì)線，線框剛要完全穿過磁場時(shí)，加速度為零，線框在穿過磁場的過程中始終在紙面里，且不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，重力加速度為，求

（1）線框的總質(zhì)量？

（2）~時(shí)間內(nèi)，通過某一匝線框截面的電荷量？

（3）線框穿過磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的焦耳熱？

Answer 1

【答案】（1） （2） （3）

【解析】試題分析：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流，受到向上的安培力，由題設(shè)懸線的拉力為零，則安培力等于重力，t0之后，由于磁場變?yōu)楹愣�，線圈在勻強(qiáng)磁場中加速下降，全部進(jìn)入磁場后以g 的加速度加速，下邊緣離開磁場時(shí)，由于線框上邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，線框受安培力，當(dāng)安培力變化到與重力相等時(shí)，加速度為零；至于焦耳熱要用到能量守恒定律進(jìn)行計(jì)算。

(1) 0-t0這段時(shí)間內(nèi)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

感應(yīng)電流為：

由題意懸線拉力為零，即所受的安培力為：

聯(lián)立解得：

（2）過橫截面積的電荷量：

產(chǎn)生的平均感應(yīng)電流為：

所以通過一匝線框橫截面的電荷量為：

(3)設(shè)剛完全穿出來時(shí)速度為v，線框的上邊緣離開磁場時(shí)加速度為零，則此刻有重力等于安培力：

產(chǎn)生的感應(yīng)電流為：

穿過磁場過程中根據(jù)動(dòng)能定理：

其中

克服安培力做的功：

聯(lián)立解得：