问题
计算题
如图所示,单匝线圈ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入匀强磁场,第二次又以速度2v匀速进入同一匀强磁场。求:
(1)第二次与第一次线圈中最大电流之比;
(2)第二次与第一次外力做功的最大功率之比;
(3)第二次与第一次线圈中产生热量之比。
答案
解:(1)线圈以速度v匀速进入磁场,当CD边在磁场中时,线框中感应电动势,其中L为CD边的长度
此时线框中的感应电流为,其中R为线框的总电阻
同理,线圈以速度2v匀速进入磁场时,线框中的感应电流最大值为
所以第二次与第一次线圈中最大电流之比为2∶1
(2)线圈以速度v匀速进入磁场,当CD边在磁场中时,CD边受安培力最大,最大值为。由于线圈做匀速运动,所以此时外力也最大,且外力大小等于安培力大小,此时外力的功率为
同理,线圈以速度2v匀速进入磁场时,外力的最大功率为
所以第二次与第一次外力做功的最大功率之比为4∶1
(3)线圈以速度v匀速进入磁场,线框中的感应电流为
设AD边长为l,则线框经过时间完全进入磁场,此后线框中不再有感应电流。所以第一次线框中产生的热量为
同理,线圈以速度2v匀速进入磁场时,线框中产生的热量为
所以第二次与第一次线圈中产生热量之比为2∶1