Question

如圖所示，由導(dǎo)線制成的正方形線框邊長L，每條邊的電阻均為R，其中ab邊材料較粗且電阻率較大，其質(zhì)量為m，其余各邊的質(zhì)量均可忽略不計(jì)。線框可繞與cd邊重合的水平軸OO′自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不計(jì)空氣阻力及摩擦。若線框始終處在方向豎直向下、磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，線框從水平位置由靜止釋放，歷時(shí)t到達(dá)豎直位置，此時(shí)ab邊的速度為v，重力加速度為g。

求：（1）線框在豎直位置時(shí)，ab邊兩端的電壓及其所受安培力的大小。

（2）這一過程中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值。

（3）在這一過程中，通過線框?qū)Ь�橫截面的電荷量。

 

Answer 1

（1）ab邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢為E=BLv

線框中的電流為I=E/4R

ab兩端的電壓為U_ab=I·3R=BLv

ab邊所受安培力為F_安=BIL=B²L²v/4R

（2）線框下落過程中機(jī)械能的減少等于線框中產(chǎn)生的焦耳熱，所以有：

mgL-mv²=Q

又因Q=（E_有/4R）²（4R）t，

解得：E_有=2

（3）對于線框的下擺過程，垂直磁場線框的面積變化為ΔS=L²

線框中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為=ΔΦ/t

線框中的平均電流  =

通過導(dǎo)線橫截面的電荷量 q=IΔt=B L²/4R

第（1）問6分；第（2）問5分；第（3）問5分