如图甲所示,光滑绝缘水平面上,磁感应强度B=2T的匀强磁场以虚线MN为左边界,磁场的方向竖直向下。MN的左侧有一质量m=0.1kg,bc边长L1=0.2m,总电阻R=2Ω的矩形线圈abcd。t=0s时,用一恒定拉力F拉线圈,使其由静止开始向右做匀加速运动,经过1s,线圈的bc边到达磁场边界MN,此时立即将拉力F改为变力,又经过1s,线圈恰好完全进入磁场。整个运动过程中,线圈中感应电流I随时间t变化的图象如图乙所示。求:
(1)线圈bc边刚进入磁场时的速度v1和线圈在第1s内运动的距离x;
(2)线圈ab边的长度L2;
(3)ad边刚要进入磁场时,拉力的功率。
(1)0.5m/s 0.25m(2)1m(3)0.33W
题目分析:(1)时,线圈bc边进入磁场,感应电动势
,
感应电流,
解得,
(2)线圈在磁场中运动时,感应电流,由乙图可知,电流随时间均匀增加,
故线圈在磁场中做匀加速运动,
时,线圈速度为
,感应电流
,
解得,
(3)线圈在磁场中运动的加速度,
ad边刚要进入磁场时拉力为F,,
拉力的功率
解得P=0.33W
点评:此题关键是由电流随时间变化规律的出,导体匀加速切割磁感线,由电磁感应定律和匀变速直线运动规律进行运算。