如图光滑斜面的倾角α=30°,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1=1m,bc边的边l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线框用细线通过定滑轮与重物相连,重物质量M=2kg,斜面上ef线(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,如果线框从静止开始运动,当ab边进入磁场时恰好做匀速直线运动,ef线和gh线的距离s=11.4m,求:
(1)线框进入磁场时匀速运动的速度v;
(2)ab边由静止开始运动到gh线所用的时间t;
(3)t时间内产生的焦耳热.

(1)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,所以重物受力平衡Mg=T
线框abcd受力平衡T=mgsinθ+FA
ab边进入磁场切割磁感线,产生的电动势E=Bl1v
形成的感应电流I=
=E R Bl1v R
受到的安培力FA=BIl1
联立得:Mg=mgsinθ+Bl1v R
解得:v=6m/s
(2)线框abcd进磁场前时,做匀加速直线运动;进磁场的过程中,做匀速直线运动;进入磁场后到运动到gh线,仍做匀加速直线运动.
进磁场前
对M:Mg-T=Ma
对m:T-mgsinθ=ma
联立解得:a=
=5m/s2 Mg-mgsinθ M+m
该阶段运动时间为:t1=
=v a
s=1.2s6 5
进磁场过程中匀速运动时间:t2=
=l2 v
s=0.1s 0.6 6
进磁场后线框受力情况同进磁场前,所以该阶段的加速度仍为:a=5m/s2
s-l2=vt3+
a1 2 t 23
解得:t3=1.2s
因此ab边由静止开始运动到gh线所用的时间:
t=t1+t2+t3=1.2+0.1+1.2(s)=2.5s
(3)t时间内线框匀速向上运动,
则t时间内产生的焦耳热,Q=FAl2=(Mg-mgsinθ)l2
解得:Q=9J
答:(1)线框进入磁场时匀速运动的速度6m/s;
(2)ab边由静止开始运动到gh线所用的时间2.5s;
(3)t时间内产生的焦耳热9J.