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如图所示,单匝线圈ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入匀强磁场,第二次又以速度2v匀速进入同一匀强磁场.求:

(1)第二次进入与第一次进入时线圈中电流之比;
(2)第二次进入与第一次进入时外力做功的功率之比;
(3)第二次进入与第一次进入时线圈中产生热量之比.
人气:222 ℃ 时间:2019-11-21 05:20:12
解答
(1)线圈以速度v匀速进入磁场,当CD边在磁场中时,线框中感应电动势E1=BLv,其中L为CD边的长度.
此时线框中的感应电流为:I1=
E1
R
=
BLv
R
,其中R为线框的总电阻.
同理,线圈以速度2v匀速进入磁场时,线框中的感应电流最大值为:I2=
E2
R
=
2BLv
R

所以第二次与第一次线圈中最大电流之比为2:1;
(2)线圈以速度v匀速进入磁场,当CD边在磁场中时,CD边受安培力最大,最大值为:
F1=BI1L=
B2L2v
R

由于线圈做匀速运动,所以此时外力也最大,且外力大小等于安培力大小,此时外力的功率为:
P1=F1v=
B2L2v2
R

同理,线圈以速度2v匀速进入磁场时,外力的最大功率为:P2=
4B2L2v2
R

所以第二次与第一次外力做功的最大功率之比为4:1
(3)线圈以速度v匀速进入磁场,线框中的感应电流为:I1=
E1
R
=
BLv
R

设AD边长为l,则线框经过时间t=
L
v
,完全进入磁场,此后线框中不再有感应电流.所以第一次线框中产生的热量为:
Q1=
I21
Rt1=
B2L2v2
R2
R
L
v
=
B2L3v
R

同理,线圈以速度2v匀速进入磁场时,线框中产生的热量为:
Q2=
2B2L3v
R

所以第二次与第一次线圈中产生热量之比为2:1;
答:(1)第二次与第一次线圈中最大电流之比为2:1;
(2)第二次与第一次外力做功的最大功率之比为4:1;
(3)第二次与第一次线圈中产生热量之比为2:1.
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