(1)求cd边刚进入磁场时导线框的速度大小;
(2)请证明:导线框的cd边在磁场中运动的任意瞬间,导线框克服安培力做功的功率等于导线框消耗的电功率;
(3)求从导线框cd边刚进入磁场到ab边刚离开磁场的过程中,导线框克服安培力所做的功。
(1)求cd边刚进入磁场时导线框的速度大小;
(2)请证明:导线框的cd边在磁场中运动的任意瞬间,导线框克服安培力做功的功率等于导线框消耗的电功率;
(3)求从导线框cd边刚进入磁场到ab边刚离开磁场的过程中,导线框克服安培力所做的功。
解:(1)设线框cd边刚进入磁场时的速度为v,则在cd边进入磁场过程时产生的感应电动势为E=Blv,
根据闭合电路欧姆定律,通过导线框的感应电流为I=
导线框受到的安培力为F安=BIl=
因cd刚进入磁场时导线框做匀速运动,所以有F安=mg,
以上各式联立,得v=。
(2)导线框cd边在磁场中运动时,克服安培力做功的功率为:P安=F安v
代入(1)中的结果,整理得:P安=
导线框消耗的电功率为:P电=I2R=
因此有P安=P电。
(3)导线框ab边刚进入磁场时,cd边刚离开磁场,因此导线框继续做匀速运动。导线框穿过磁场的整个过程中,导线框的动能不变。
设导线框克服安培力做功为W安,根据动能定理有2mgl-W安=0
解得W安=2mgl。