Question

如圖1所示，abcd是位于豎直平面內(nèi)的正方形閉合金屬線框，其質(zhì)量為m，電阻為R。在金屬線框的下方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，PQ和P´Q´是該勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的水平邊界，并與線框的bc邊平行，磁場(chǎng)方向與線框平面垂直�，F(xiàn)金屬線框由距PQ某一高度處從靜止開(kāi)始下落，經(jīng)時(shí)間后剛好到達(dá)PQ邊緣，速度為，假設(shè)線框所受的空氣阻力恒定。圖2是金屬線框由靜止開(kāi)始下落到完全穿過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中的速度—時(shí)間圖象。
試求：

（1）金屬線框由靜止開(kāi)始下落到完全穿過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的總位移；
（2）金屬線框在進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中流過(guò)其橫截面的電荷量；
（3）金屬線框在整個(gè)下落過(guò)程中所產(chǎn)生的焦耳熱。

Answer 1

（1）；（2）；（3）

試題分析：
（1）由圖像得：線框進(jìn)入磁場(chǎng)前： 
線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程：
線框在磁場(chǎng)內(nèi)勻加速運(yùn)動(dòng)：
線框穿出磁場(chǎng)和進(jìn)入磁場(chǎng)位移相等：
所以：
（2）線框剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)作勻速運(yùn)動(dòng)：  
；          
線框進(jìn)入磁場(chǎng)前作勻加速運(yùn)動(dòng)：
所以：

（3）全過(guò)程用動(dòng)能定理：

解得：