将一质量为m、总电阻为R、长为l、宽为l0的矩形线框MNPQ静止搁置在水平平行绝缘导轨上,平行导轨的间距也为l,如图所示.线框与导轨之间的动摩擦因数为μ.在线框左侧的导轨上有一长为l(即aa1=l)、宽度为l0、磁感应强度均为B的间隔着分布的相同有界匀强磁场,相邻的磁场区域间距为d(d>l0),磁场的边界aa1、bb1垂直于导轨,磁场的方向竖直向上.现用大小为F的拉力水平向左作用在线框,线框恰好能够匀速地穿过磁场区域aa1b1b.若当地的重力加速度为g,求:(1)线框通过aa1b1b磁场区域时的运动速度;
(2)F作用前,MN与aa1之间的距离;
(3)线框在通过aa1b1b磁场区域的过程中所生的电热.
(1)线框在磁场区域做匀速运动时,
BIl+μmg=F
感应电流:I=E R
感应电动势:E=Blv
解得匀速运动的速度:v=(F-μmg)R B2l2
(2)在进入磁场前,线框的加速度
a=F-μmg m
所以线框进入磁场前前进的距离s=
=v2 2a m(F-μmg)R2 2B4l4
(3)线框在通过磁场的过程中线框通过了2 l0的距离,
根据动能定理得:W安+2(F-μmg)l0=△Ek=0
所以W安=-2(F-μmg)l0,
安培力做功量度电路中产生的内能,所以
Q=-W安=2(F-μmg)l0,
答:(1)线框通过aa1b1b磁场区域时的运动速度是
;(F-μmg)R B2l2
(2)F作用前,MN与aa1之间的距离是
;m(F-μmg)R2 2B4l4
(3)线框在通过aa1b1b磁场区域的过程中所生的电热是2(F-μmg)l0.