Question

16．如圖甲所示，在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L₁、L₂、L₃、L₄，在L₁L₂之間、L₃L₄之間存在勻強(qiáng)磁場，大小均為1T，方向垂直于虛線所在平面．現(xiàn)有一矩形線圈abcd，寬度cd為0.5m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為2Ω，將其從圖示位置靜止釋放（cd邊與L₁重合），速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示，t₁時(shí)刻cd邊與L₂重合，t₂和t₃時(shí)刻ab邊分別與L₃和L₄重合，已知t₁～t₂的時(shí)間間隔為0.6s，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中線圈平面始終處于豎直方向，重力加速度g取10m/s²，在0～t₁時(shí)間內(nèi)，通過線圈的電荷量為0.25C，0～t₃時(shí)間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為1.8J．

Answer 1

分析 t₂～t₃這段時(shí)間內(nèi)線圈做勻速直線運(yùn)動(dòng)，線圈所受的安培力和重力平衡，根據(jù)平衡求出勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度；通過線圈在t₁～t₂的時(shí)間間隔內(nèi)，穿過線圈的磁通量沒有改變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，線圈做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為g，知ab邊剛進(jìn)磁場，cd邊也剛進(jìn)磁場，線圈的長度等于磁場寬度的2倍．根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出磁場寬度，根據(jù)電荷量的經(jīng)驗(yàn)公式求解電荷量；根據(jù)能量守恒求出0～t₃這段時(shí)間內(nèi)線圈中所產(chǎn)生的電熱．

解答 解：設(shè)線圈的寬度為L，在t₂～t₃時(shí)間內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平衡有：mg=BIL，而I=$\frac{BL{v}_{2}}{R}$，聯(lián)立兩式解得：v₂=$\frac{mgR}{{B}^{2}{L}^{2}}$=$\frac{1×2}{{1}^{2}×0．{5}^{2}}$m/s=8m/s，t₁～t₂的時(shí)間間隔內(nèi)線圈一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，知ab邊剛進(jìn)入上邊的磁場時(shí)，cd邊也剛進(jìn)下邊的磁場．設(shè)磁場的寬度為d，v1=則線圈的長度：L′=2d，線圈下降的位移為：x=L′+d=3d，則有：3d=v₂t-$\frac{1}{2}$gt²，將v₂=8m/s，t=0.6s，代入解得：d=1m；在0～t₁時(shí)間內(nèi)，cd邊從L₁運(yùn)動(dòng)到L₂，通過線圈的電荷量為：q=It=$\frac{△Φ}{R}$=$\frac{BLd}{R}$=$\frac{1×0.5×1}{2}C$=0.25C；
0～t₃時(shí)間內(nèi)，根據(jù)能量守恒得：Q=mg（3d+2d）-$\frac{1}{2}$mv₂²=0.1×10×（3+2）J-$\frac{1}{2}$×0.1×8²J=1.8J．
故答案為：0.25；1.8．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵理清線圈的運(yùn)動(dòng)情況，選擇合適的規(guī)律進(jìn)行求解，本題的難點(diǎn)就是通過線圈勻加速直線運(yùn)動(dòng)挖掘出下落的位移為磁場寬度的3倍．