Question

【題目】如圖所示，光滑斜面的傾角=30°，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)l1=lm，bc邊的邊長(zhǎng)l2=0．6m，線框的質(zhì)量m=1kg，電阻R=0．1Ω，線框受到沿光滑斜面向上的恒力F的作用，已知F=10N．斜面上ef線（ef∥gh）的上方有垂直斜面向上的均勻磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化情況如B-t圖象，從線框由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)刻起計(jì)時(shí)．如果線框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)最初一段時(shí)間是勻速的，ef線和gh的距離s=5．1m，g取10m/s2。求：

（1）線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v；

（2）ab邊由靜止開(kāi)始到運(yùn)動(dòng)到gh線處所用的時(shí)間t；

（3）線框由靜止開(kāi)始到運(yùn)動(dòng)到gh線的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱

Answer 1

【答案】（1）2m/s（2）1.7s（3）3.5J

【解析】

試題分析：（1）因?yàn)榫�框進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)，所以線框abcd受力平衡F=mgsinα+FA

ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)切割磁感線，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=Bl1v

形成的感應(yīng)電流

受到的安培力

F=mgsinα+

代入數(shù)據(jù)解得v=2m/s

（2）線框abcd進(jìn)入磁場(chǎng)前時(shí)，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)；進(jìn)磁場(chǎng)的過(guò)程中，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入磁場(chǎng)后到運(yùn)動(dòng)到gh線，仍做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

線框進(jìn)入磁場(chǎng)前，線框僅受到細(xì)線的拉力F、斜面的支持力和線框重力，由牛頓第二定律得 F–mgsinα=ma

線框進(jìn)入磁場(chǎng)前的加速度 =5m/s2

進(jìn)磁場(chǎng)前線框的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為

進(jìn)磁場(chǎng)過(guò)程中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間

線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后線框受力情況同進(jìn)入磁場(chǎng)前，所以該階段的加速度仍為a=5m/s2

解得：t3=1s

因此ab邊由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到gh線所用的時(shí)間為t=t1+t2+t3=1.7s

（3）

整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱Q=FAl2+Q1=（F–mgsinθ）l2+Q1=3.5J