Question

2．如圖a所示，在光滑水平地面上用恒力F拉質(zhì)量為m的單匝均勻正方形銅線框，線框邊長為a，在1位置上以速度v0進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場并開始計(jì)時(shí)（t=0），若磁場的寬度為b（b＞3a），在3t₀時(shí)刻線框到達(dá)2位置速度又為v₀并開始離開勻強(qiáng)磁場．此過程中v-t圖象如圖b所示，則（　�。�

• A． 在t₀時(shí)刻線框的速度為v₀-$\frac{2F{t}_{0}}{m}$
• B． 當(dāng)線框右側(cè)邊MN剛進(jìn)入磁場時(shí)，MN兩端的電壓為Bav₀
• C． 線框完全離開磁場瞬間的速度可能比t₀時(shí)刻的速度大
• D． 線框穿過磁場的整個(gè)過程中產(chǎn)生的電熱為2Fb

Answer 1

分析 （1）圖乙為速度-時(shí)間圖象，斜率表示加速度，根據(jù)圖象分析線框的運(yùn)動(dòng)情況：在0～t₀時(shí)間內(nèi)速度在減小，加速度也在減小，對(duì)應(yīng)甲圖中的進(jìn)入磁場的過程，在t₀～3t₀時(shí)間內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)甲圖中的完全在磁場中運(yùn)動(dòng)過程．
（2）當(dāng)通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以只有在進(jìn)入和離開磁場的過程中才有感應(yīng)電流產(chǎn)生，根據(jù)安培定則可知，在此過程中才受到安培力．
（3）從1位置到2位置的過程中，外力做的功可以根據(jù)動(dòng)能定理去求解．t因?yàn)閠=0時(shí)刻和t=3t₀時(shí)刻線框的速度相等，進(jìn)入磁場和穿出磁場的過程中受力情況相同，故在位置3時(shí)的速度與t₀時(shí)刻的速度相等，進(jìn)入磁場克服安培力做的功和離開磁場克服安培力做的功一樣多．

解答 解：A、根據(jù)圖象可知在t₀～3t₀時(shí)間內(nèi)，線框做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，合力等于F，則在t₀時(shí)刻線框的速度為v=v₀-a•2t₀=v₀-$\frac{2F{t}_{0}}{m}$．故A正確；
B、t=0時(shí)，線框右側(cè)邊MN的兩端電壓為外電壓，總的感應(yīng)電動(dòng)勢為：E=Bav₀，外電壓U_外=$\frac{3}{4}$E=$\frac{3}{4}$Bav₀，故B錯(cuò)誤．
C、線框離開磁場的過程，做減速運(yùn)動(dòng)，位置3速度不一定比t₀時(shí)刻線框的速度大，故C錯(cuò)誤．
D、因?yàn)閠=0時(shí)刻和t=3t₀時(shí)刻線框的速度相等，進(jìn)入磁場和穿出磁場的過程中受力情況相同，故在位置3時(shí)的速度與t₀時(shí)刻的速度相等，進(jìn)入磁場克服安培力做的功和離開磁場克服安培力做的功一樣多．線框在位置1和位置3時(shí)的速度相等，根據(jù)動(dòng)能定理，外力做的功等于克服安培力做的功，即有2Fa=Q，所以線框穿過磁場的整個(gè)過程中，產(chǎn)生的電熱為2Fa，故D錯(cuò)誤．
故選：A

點(diǎn)評(píng) 該圖象為速度--時(shí)間圖象，斜率表示加速度．根據(jù)加速度的變化判斷物體的受力情況．要注意當(dāng)通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以只有在進(jìn)入和離開磁場的過程中才有感應(yīng)電流產(chǎn)生．該題難度較大．