Question

11．如圖甲所示，正方形金屬線圈abcd位于豎直平面內(nèi)，其質(zhì)量為m，電阻為R．在線圈的下方有一勻強磁場，MN和M’N’是磁場的水平邊界，并與bc邊平行，磁場方向垂直于紙面向里．現(xiàn)使金屬線框從MN上方某一高度處由靜止開始下落，圖乙是線圈由開始下落到完全穿過勻強磁場區(qū)域瞬間的v-t圖象，圖中字母均為已知量．重力加速度為g，不計空氣阻力．下列說法正確的是（　�。�

• A． 金屬線框剛進入磁場時感應(yīng)電流方向沿adcba方向
• B． 金屬線框的邊長為v₁（t₂-t₁）
• C． 磁場的磁感應(yīng)強度為$\frac{1}{{v}_{1}（{t}_{2}-{t}_{1}）}$$\sqrt{\frac{mgR}{{v}_{1}}}$
• D． 金屬線框在0～t₄的時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量為2mgV₁（t₂-t₁）+$\frac{1}{2}$m（V₂²-V₃²）

Answer 1

分析 金屬框進入磁場前做勻加速運動，由圖線與時間軸所圍的面積讀出金屬框初始位置的bc邊到邊界MN的高度；由圖象可知，金屬框進入磁場過程中是做勻速直線運動，根據(jù)時間和速度求解金屬框的邊長；由圖知，金屬線框進入磁場過程做勻速直線運動，重力和安培力平衡，列式可求出磁感應(yīng)強度B．由能量守恒定律求出在進入磁場過程中金屬框產(chǎn)生的熱量．

解答 解：A、金屬線框剛進入磁場時磁通量增大，根據(jù)楞次定律判斷可知，感應(yīng)電流方向沿abcda方向；故A正確；
B、由圖象可知，金屬框進入磁場過程中是做勻速直線運動，速度為v₁，運動時間為t₂-t₁，故金屬框的邊長：L=v₁（t₂-t₁）；故B正確；
C、在金屬框進入磁場的過程中，金屬框所受安培力等于重力，則得：mg=BIL，I=$\frac{BL{v}_{1}}{R}$，又 L=v₁（t₂-t₁）．
聯(lián)立解得：B=$\frac{1}{{v}_{1}（{t}_{2}-{t}_{1}）}\sqrt{\frac{mgR}{{v}_{1}}}$；故C正確；
D、t₁到t₂時間內(nèi)，根據(jù)能量守恒定律，產(chǎn)生的熱量為：Q₁=mgL=mgV₁（t₂-t₁）；t₂到t₃時間內(nèi)．線圈在磁場中運動，沒有內(nèi)能產(chǎn)生；
t₃到t₄時間內(nèi)，根據(jù)能量守恒定律，產(chǎn)生的熱量為：Q₂=mgL+$\frac{1}{2}$m（V₂²-V₃²）=mgV₁（t₂-t₁）+$\frac{1}{2}$m（V₂²-V₃²）；
故Q=Q₁+Q₂=2mgV₁（t₂-t₁）+$\frac{1}{2}$m（V₂²-V₃²），故D正確；
故選：ABCD．

點評 本題電磁感應(yīng)與力學(xué)知識簡單的綜合，能由圖象讀出線框的運動情況，選擇與之相應(yīng)的力學(xué)規(guī)律是解答本題的關(guān)鍵，要加強練習(xí)，培養(yǎng)自己識別、理解圖象的能力和分析、解決綜合題的能力．