Question

16．如圖甲所示，在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L₁、L₂、L₃、L₄，在L₁L₂之間、L₃L₄之間存在勻強磁場，大小均為1T，方向垂直于虛線所在平面．現(xiàn)有一矩形線圈abcd，寬度cd為0.5m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為2Ω，將其從圖示位置靜止釋放（cd邊與L₁重合），速度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示，t₁時刻cd邊與L₂重合，t₂和t₃時刻ab邊分別與L₃和L₄重合，已知t₁～t₂的時間間隔為0.6s，整個運動過程中線圈平面始終處于豎直方向，重力加速度g取10m/s²，在0～t₁時間內(nèi)，通過線圈的電荷量為0.25C，0～t₃時間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為1.8J．

Answer 1

分析 t₂～t₃這段時間內(nèi)線圈做勻速直線運動，線圈所受的安培力和重力平衡，根據(jù)平衡求出勻速直線運動的速度；通過線圈在t₁～t₂的時間間隔內(nèi)，穿過線圈的磁通量沒有改變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，線圈做勻加速直線運動，加速度為g，知ab邊剛進磁場，cd邊也剛進磁場，線圈的長度等于磁場寬度的2倍．根據(jù)運動學(xué)公式求出磁場寬度，根據(jù)電荷量的經(jīng)驗公式求解電荷量；根據(jù)能量守恒求出0～t₃這段時間內(nèi)線圈中所產(chǎn)生的電熱．

解答 解：設(shè)線圈的寬度為L，在t₂～t₃時間內(nèi)勻速運動，根據(jù)平衡有：mg=BIL，而I=$\frac{BL{v}_{2}}{R}$，聯(lián)立兩式解得：v₂=$\frac{mgR}{{B}^{2}{L}^{2}}$=$\frac{1×2}{{1}^{2}×0．{5}^{2}}$m/s=8m/s，t₁～t₂的時間間隔內(nèi)線圈一直做勻加速直線運動，知ab邊剛進入上邊的磁場時，cd邊也剛進下邊的磁場．設(shè)磁場的寬度為d，v1=則線圈的長度：L′=2d，線圈下降的位移為：x=L′+d=3d，則有：3d=v₂t-$\frac{1}{2}$gt²，將v₂=8m/s，t=0.6s，代入解得：d=1m；在0～t₁時間內(nèi)，cd邊從L₁運動到L₂，通過線圈的電荷量為：q=It=$\frac{△Φ}{R}$=$\frac{BLd}{R}$=$\frac{1×0.5×1}{2}C$=0.25C；
0～t₃時間內(nèi)，根據(jù)能量守恒得：Q=mg（3d+2d）-$\frac{1}{2}$mv₂²=0.1×10×（3+2）J-$\frac{1}{2}$×0.1×8²J=1.8J．
故答案為：0.25；1.8．

點評 解決本題的關(guān)鍵理清線圈的運動情況，選擇合適的規(guī)律進行求解，本題的難點就是通過線圈勻加速直線運動挖掘出下落的位移為磁場寬度的3倍．