Question

正方形金屬線框abcd，每邊長(zhǎng)l=0.1m，總質(zhì)量m=0.1kg，回路總電阻R=0.02Ω，用細(xì)線吊住，線的另一端跨過兩個(gè)定滑輪，掛著一個(gè)質(zhì)量為M=0.14kg的砝碼．線框上方為一磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，如圖，線框abcd在砝碼M的牽引下做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)線框上邊ab進(jìn)入磁場(chǎng)后立即做勻速運(yùn)動(dòng)．接著線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)后又做加速運(yùn)動(dòng)（g=10m/s²）．問：
（1）線框勻速上升時(shí)磁場(chǎng)對(duì)線框的作用力多大？
（2）線框勻速上升時(shí)速度多大？
（3）線框上升過程中產(chǎn)生了多少電熱？

Answer 1

分析：根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力分析，根據(jù)平衡條件結(jié)合安培力公式求出勻速上升時(shí)磁場(chǎng)對(duì)線框的作用力和線框勻速上升時(shí)速度．
對(duì)整體運(yùn)用能量守恒求出產(chǎn)生的焦耳熱．

解答：解：（1）線框勻速上升受力平衡有：
F_拉=mg+F_安
質(zhì)量為M=0.14kg的砝碼勻速下降受力平衡有：
F_拉=Mg    
解得：F_安=Mg-mg=0.4N
（2）根據(jù)安培力公式得：F_安=BIL 
 I=

E

R

E=BLV    
V=3.2m/s
（3）在勻速上升中有電流產(chǎn)生，整體動(dòng)能不變，重力勢(shì)能減小轉(zhuǎn)化成線框產(chǎn)生的熱量．
對(duì)整體運(yùn)用能量守恒得：
E_電=Mgl-mgl=0.04J
答：（1）線框勻速上升時(shí)磁場(chǎng)對(duì)線框的作用力是0.4N
（2）線框勻速上升時(shí)速度是3.2m/s
（3）線框上升過程中產(chǎn)生了0.04J熱量．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了電磁感應(yīng)與力學(xué)的綜合，對(duì)于這類問題要正確受力分析，尤其是正確分析安培力的情況，然后分析清楚運(yùn)動(dòng)情況．