Question

18．如圖所示，在水平虛線范圍內(nèi)有B=0.5T，高度為h=1.0m，方向垂直紙面向里的勻強磁場，質(zhì)量m=0.2kg，邊長L=1.0m的正方形線框abcd，其電阻R=1.0Ω，cd邊跟磁場下邊平行且相距一段距離，現(xiàn)用F=3.0N豎直向上的恒力由靜止開始拉動線框，cd邊剛進(jìn)入磁場時，恰好做勻速運動，并穿過磁場區(qū)域，最后到達(dá)Ⅱ位置，整個過程中線框保持在豎直平面內(nèi)，求線框
（1）開始運動的加速度；
（2）剛進(jìn)入磁場時c、d兩點間電勢差；
（3）在穿越磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)牛頓第二定律求出線框開始運動的加速度；
（2）cd邊剛進(jìn)入磁場時，線框恰好開始做勻速運動，分析線框的受力，由平衡條件列式得到感應(yīng)電流的大小由歐姆定律求解c、d兩點間電勢差；
（3）根據(jù)能量守恒定律求解線框內(nèi)產(chǎn)生的熱量．

解答 解：（1）根據(jù)牛頓第二定律得：
線框開始運動的加速度  a=$\frac{F-mg}{m}$=$\frac{F}{m}$-g=$\frac{3}{0.2}$-10=5（m/s²）
（2）cd邊剛進(jìn)入磁場時，線框恰好開始做勻速運動，則有
  F=mg+BIL
可得 I=$\frac{F-mg}{BL}$=$\frac{3-2}{0.5×1}$A=2A
根據(jù)右手定則判斷知c點的電勢比d點低，則
c、d兩點間電勢差 U_cd=-I$•\frac{3}{4}$R=-2×$\frac{3}{4}×$1V=-1.5V
（3）根據(jù)能量守恒定律得：
在穿越磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱 Q=（F-mg）•2L=2J
答：
（1）開始運動的加速度是5m/s²；
（2）剛進(jìn)入磁場時c、d兩點間電勢差是-1.5V；
（3）在穿越磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱是 2J．

點評 本題是電磁感應(yīng)與力學(xué)、電路知識的綜合，掌握電磁感應(yīng)中的基本規(guī)律，如法拉第定律、歐姆定律，結(jié)合力學(xué)的動能定理和平衡條件進(jìn)行研究．