问题详情:
如图*所示,空间存在一有界匀强磁场,磁场的左边界如虚线所示,虚线右侧范围足够大,磁场方向竖直向下.在光滑绝缘水平面内有一长方形金属线框,ab边长为L=0.2m.线框质量m=0.1kg、电阻R=0.1Ω,在水平向右的外力F作用下,以初速度v0=1m/s一直做匀加速直线运动,外力F大小随时间t变化的图线如图乙所示.以线框右边刚进入磁场时开始计时,求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B;
(2)线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q;
(3)若线框进入磁场过程中F做功为WF=0.27J,求在此过程中线框产生的焦耳热Q.
【回答】
考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;闭合电路的欧姆定律;焦耳定律.
专题: 电磁感应与电路结合.
分析: (1)由图象知力和时间,根据欧姆定律和牛顿运动定律列式求解;
(2)根据q=It结合欧姆定律求解;
(3)根据功能关系得:WF=Q+△EK求解.
解答: 解:
(1)由图象分析可知:
当t=0时刻,
力F0=BI0L+ma=0.3N
此时电流
当t=0.5s时刻,
力F1=BI1L+ma=0.4N
此时电流
当t=0.5s后,力F2=ma=0.2N
联立方程并求解得:B=0.5T,v1=2m/s
(2)根据题意:
平均电流
平均电动势
磁通量的变化量△Φ=B△S
面积变化量
代入数据并整理得:q=0.75c
(3)根据功能关系得:WF=Q+△EK
动能增量
整理得:Q=0.12J
答:(1)匀强磁场的磁感应强度B为0.5T;
(2)线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q为0.75C;
(3)若线框进入磁场过程中F做功为WF=0.27J,求在此过程中线框产生的焦耳热Q为0.12J.
点评: 本题考查了求磁感应强度、电荷量与焦耳热,分析清楚线框的运动过程,应用安培力公式、牛顿第二定律、运动学公式、法拉第电磁感应定律、能量守恒定律即可正确解题
知识点:法拉第电磁感应定律
题型:计算题