Question

正方形的導線框，質量m=60g，邊長l=12cm，電阻R=0.06Ω，在豎直平面內自由下落H=5m后，下框邊進入水平方向的勻強磁場中，磁場方向與線框垂直，如圖所示，勻強磁場沿豎直方向的寬度h=l，線框通過勻強磁場區域時恰好勻速直線運動，g=10m/s²，求：
（1）勻強磁場的磁感強度多大？
（2）線框通過磁場區域時產生了多少熱量？

Answer 1

（1）線框做自由落體運動：v²=2gH，
框的下邊進入磁場的速度為：v=

2gH

=

2×10×5

m/s=10m/s，
線框進入磁場時受到的安培力：F=BIl=Bl

E

R

=Bl

Blv

R

=

B2l2v

R

，
線框進入磁場后做勻速直線運動，處于平衡狀態，由平衡條件得：
mg=

B2l2v

R

，
解得勻強磁場的磁感強度：
B=

1

l

mgR v

=

1

0.12

0.06×10×0.06 10

T=0.5T；
（2）線框通過磁場區域的時間為：t=

2l

v

=0.024s，
線框通過磁場時的感應電流：I=

Blv

R

，
由焦耳定律可知，全過程產生的熱量：
Q=I2Rt=(

Blv

R

)2Rt=0.144J；
答：（1）勻強磁場的磁感強度0.5T．
（2）線框通過磁場區域時產生的熱量為0.144J．