问题 计算题

用密度为、电阻率为、横截面积为的薄金属条制成边长为的闭合正方形框。如图所示,金属方框水平放在磁极的狭缝间,方框平面与磁场方向平行。设匀强磁场仅存在于相对磁极之间,其它地方的磁场忽略不计。可认为方框的边和边都处在磁极之间,极间磁感应强度大小为。方框从静止开始释放,其平面在下落过程中保持水平(不计空气阻力)。

(1)求方框下落的最大速度 (设磁场区域在数值方向足够长);

(2)当方框下落的加速度为时,求方框的发热功率

(3)已知方框下落时间为时,下落高度为,其速度为。若在同一时间内,方框内产生的热与一恒定电流在该框内产生的热相同,求恒定电流的表达式。

答案

(1)方框质量          (1分) 方框电阻     (1分)

方框下落速度为时,产生的感应电动势 感应电流

方框下落过程,受到重力及安培力,方向竖直向下

时,方框达到最大速度,即 则

方框下落的最大速度                           (5分)

(2)方框下落加速度为时,有,则   (3分)

方框的发热功率                  (2分)

(3)根据能量守恒定律,有            (4分)

解得恒定电流的表达式          (2分)

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