问题标题:
正方形金属线框abcd,每边长l=0.1m,总质量m=0.1kg,回路总电阻R=0.02Ω,用细线吊住,线的另一端跨过两个定滑轮,挂着一个质量为M=0.14kg的砝码.线框上方为一磁感应强度B=0.5T的匀强磁场区,
问题描述:
正方形金属线框abcd,每边长l=0.1m,总质量m=0.1kg,回路总电阻R=0.02Ω,用细线吊住,线的另一端跨过两个定滑轮,挂着一个质量为M=0.14kg的砝码.线框上方为一磁感应强度B=0.5T的匀强磁场区,如图,线框abcd在砝码M的牵引下做加速运动,当线框上边ab进入磁场后立即做匀速运动.接着线框全部进入磁场后又做加速运动(g=10m/s2).问:
(1)线框匀速上升的速度多大?此时磁场对线框的作用力多大?
(2)线框匀速上升过程中,重物M做功多少?其中有多少转变为热能?
白翔宇回答:
(1)当线框上边ab进入磁场时,线圈中产生的感应电流为I,由楞次定律判断可知产生阻碍运动的安培力,大小为F=BIl
由于线框匀速运动,线框受力平衡,F+mg=Mg
联立求解,得I=8A
由欧姆定律可得,E=IR=0.16V
由公式E=Blv,可求出v=3.2m/s,F=BIl=0.4N
(2)重物M下降做的功为W=Mgl=0.14J
由能量守恒可得产生的电能为为E电=Mgl-mgl=0.04J
答:
(1)线框匀速上升的速度是3.2m/s,此时磁场对线框的作用力是0.4N.
(2)线框匀速上升过程中,重物M做功0.14J,其中有0.04J转变为电能.
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