Question

【題目】固定的E形磁鐵的兩側(cè)為S極，中心為N極，磁極間的磁場可視為勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，其結(jié)構(gòu)如圖甲、乙所示。套在N極的正方形金屬線圈可以在豎直方向無摩擦地運(yùn)動，該線圈的質(zhì)量為，邊長為，電阻為. 將線圈自點(diǎn)由靜止釋放, 下落高度為到點(diǎn)時線圈的速度為，重力加速度為，不計空氣阻力。

(1)求線圈運(yùn)動到點(diǎn)時線圈中電流的大小I；

(2)求線圈由運(yùn)動到過程中所產(chǎn)生焦耳熱；

(3)如果要使線圈由到做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，需要對線圈施加豎直方向的作用力，請你說明這個作用力大小的變化規(guī)律。

Answer 1

【答案】（1） （2） （3）

【解析】（1）在b點(diǎn)時切割速度為v，兩個邊切割，故產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，

電流大小為；

（2）過程中重力勢能轉(zhuǎn)化為動能以及內(nèi)能，故根據(jù)能量守恒定律可得，解得；

（3）設(shè)加速度為a，則過程中受到作用力F，重力，安培力，根據(jù)牛頓第二定律可得， ，故可得；