圖4-3-7
(1)L<d;
(2)L>d.
解析:(1)當(dāng)L<d時,
法一:用焦耳定律求熱量
在線框進(jìn)入磁場的過程中,ab邊切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,其大小為E=BLv.根據(jù)閉合電路的歐姆定律,電路中的電流為I==
線框進(jìn)入磁場作用的時間為t=
根據(jù)焦耳定律,線框中產(chǎn)生的熱量為
Q1=I2Rt=
當(dāng)線框完全進(jìn)入磁場后,通過線框的磁通量不變,不能產(chǎn)生感應(yīng)電流,也就不產(chǎn)生焦耳熱.
線框在離開磁場的過程中,cd邊切割磁感線,在這個過程中線框產(chǎn)生的熱量和進(jìn)入磁場時相同,即Q2=Q1.
所以線框在穿過磁場的過程中,產(chǎn)生的總熱量為
Q=Q1+Q2=.
法二:用能量轉(zhuǎn)化觀點求焦耳熱
當(dāng)導(dǎo)線做切割磁感線運動時,外力克服磁場力做功,把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,電流再做功,把電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能,產(chǎn)生焦耳熱.所以求出了線框穿過磁場時外力所做的功,也就求出了焦耳熱.
因為導(dǎo)線做勻速運動,外力F等于磁場力F磁,即F=F磁=BIL,而電路中的電流I==
,所以F=
.
線框進(jìn)入磁場的過程中,力F發(fā)生的位移為L,所以外力做的功為W1=FL=.
線框全部進(jìn)入磁場后,沒有感應(yīng)電流,磁場力為零,外力也為零,外力不做功.
線框離開磁場的過程中,外力F做的功等于進(jìn)入時所做的功,即W2=W1.
線框在穿過磁場的過程中,外力做的總功為W=W1+W2=.
這也就是線框產(chǎn)生的焦耳熱.
(2)當(dāng)L>d時
ab邊進(jìn)入磁場的過程中,線框產(chǎn)生的熱量為Q2=I2Rt
式中I=,t=
算得Q2=.
ab邊離開磁場、cd邊還未進(jìn)入磁場的過程中,穿過線框的磁場量不變,電路中不產(chǎn)生熱量.
cd邊進(jìn)入磁場的過程中,線框中產(chǎn)生的熱量和ab進(jìn)入時相同,所以線框在穿過磁場的過程中產(chǎn)生的總熱量為.
答案:(1) (2)
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A.M1和M2都增大 B.M1和M2都減小
C.M1增大,M2減小 D.M1減小,M2增大
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圖
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