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如图所示,位于竖直平面内的矩形平面单匝导线框abcd,其下方有一匀强磁场区域,该...

如图所示,位于竖直平面内的矩形平面单匝导线框abcd,其下方有一匀强磁场区域,该区域的上边界PP′水平,并与线框的ab边平行,磁场方向与线框平面垂直.已知磁场的磁感应强度为B,线框ab边长为L1,ad边长为L2,线框质量为m.令线框的dc边从离磁场区域边界PP′的高度为h处由静止开始下落,线框刚好匀速进入磁场区域.
(1)求线框的电阻R.
(2)求线框在进入磁场的过程中,通过线框导线横截面的电荷量q.
(3)若将线框从dc边离磁场区域边界PP′的高度为H处由静止开始下落,当线框的一半进入磁场时,线框刚好开始匀速下落,求线框进入磁场过程中,安培力做的总功W.

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(1)线框刚好匀速进入磁场区域,安培力和重力平衡,根据欧姆定律、法拉第电磁感应定律、安培力公式推导出安培力公式,由平衡条件求出电阻. (2)根据力平衡方程求出电流,确定出磁场进入磁场的时间,求出通过线框导线横截面积的电荷量q. (3)根据能量守恒定律求解线框进入磁场的过程中产生的焦耳热Q.根据功能关系知,线框克服安培力做功等于线框产生的焦耳热. 【解析】 (1)设线框进入磁场时的速度为v,从线框开始下落到dc进入磁场的过程中,线框机械能守恒.即    mgh= 线框进入磁场过程中,回路电动势为 E=BL1v  线框进入磁场过程中,通过线框的电流为 I=      由于线框匀速进入磁场区域,所以线框受力平衡,即:mg=BIL1 由以上各式并代入数值可得:R= (2)线框进入磁场所用时间为:t= 流经线框导线横截面的电量为:q=It 由以上各式并代入数值可得:q= (3)线框匀速下落的速度与(1)中的下落速度相同,即v= 从线框开始下落到线框全部进入磁场过程中,根据动能定理得    mg(H+L2)+W= 解得:W=-mg(H-h+L2) 答: (1)线框的电阻R是. (2)线框在进入磁场的过程中,通过线框导线横截面的电荷量q为. (3)线框进入磁场过程中,安培力做的总功W是-mg(H-h+L2).
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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