如圖甲所示,一邊長(zhǎng)為L=1m,電阻為R=3的正方形金屬線框MNPQ水平平放在光滑絕緣水平地面上,在地面上建立如圖所示坐標(biāo)系,空間存在垂直地面的磁場(chǎng),在m的區(qū)域I中磁場(chǎng)方向向上,在m的區(qū)域II中磁場(chǎng)方向向下,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨x的變化規(guī)律如圖乙,開始時(shí)刻線框MN邊與y軸重合。
(1)若給線框以水平向右的初速度,同時(shí)在PQ邊施加一水平拉力,之后線框做的勻速直線運(yùn)動(dòng),求線框運(yùn)動(dòng)3m的過程中水平拉力所做的功;
(2)若在圖示位置給線框一初速度,線框的PQ邊恰能運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)區(qū)域II的右邊界,設(shè)線框全部在區(qū)域I中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q1,線框全部在區(qū)域II中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量為Q2,求。
(1) 0.223J (2)
(1)線框在區(qū)域I中,P距O點(diǎn)x時(shí),PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
MN切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為==V
類似的,PQ在區(qū)域II中距中間邊界時(shí),而MN在區(qū)域I中時(shí),線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
=V
線框全部在區(qū)域II中,PQ距中間邊界時(shí)線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
=V
由于線框勻速運(yùn)動(dòng),故水平拉力做的功等于線框中產(chǎn)生的焦耳熱,則
=0.223J
(2)線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),,電量,
聯(lián)立化簡(jiǎn)得
設(shè)初速度為,右邊框到達(dá)中間界線時(shí)速度為,左邊框到達(dá)中間界線時(shí)速度為,則據(jù)動(dòng)量定理有:
其中,
則,
故線框全部在在區(qū)域I運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量為
線框全部在在區(qū)域II運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量為
則
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