Question

（2013?靜安區(qū)二模）如圖所示，相距為d的兩條水平虛線L₁、L₂之間有水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，正方形銅制線圈abcd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)（L＜d），質(zhì)量為m，將線圈在磁場(chǎng)上方高h(yuǎn)處?kù)o止釋放，cd邊剛離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度與cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度相等，則線圈穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中（從cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)起一直到ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)為止），感應(yīng)電流所做的功為

2mgd

，線圈的最小速度為

2g(h+L-d)

．

Answer 1

分析：線圈由靜止釋放，其下邊緣剛進(jìn)入磁場(chǎng)和剛穿出磁場(chǎng)時(shí)刻的速度是相同的，又因?yàn)榫�圈全部進(jìn)入磁場(chǎng)不受安培力，要做勻加速運(yùn)動(dòng)．可知線圈進(jìn)入磁場(chǎng)先要做減速運(yùn)動(dòng)．

解答：解：
（1）根據(jù)能量守恒研究從cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到cd邊剛穿出磁場(chǎng)的過(guò)程：動(dòng)能變化為0，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為線框產(chǎn)生的熱量，Q=mgd．
cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度為v₀，cd邊剛離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度也為v₀，
所以從cd邊剛穿出磁場(chǎng)到ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程，線框產(chǎn)生的熱量與從cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到cd邊剛穿出磁場(chǎng)的過(guò)程產(chǎn)生的熱量相等，
所以線圈從cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)到ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程，產(chǎn)生的熱量Q′=2mgd，感應(yīng)電流做的功為2mgd．
（2）因?yàn)檫M(jìn)磁場(chǎng)時(shí)要減速，即此時(shí)的安培力大于重力，速度減小，安培力也減小，當(dāng)安培力減到等于重力時(shí)，線圈做勻速運(yùn)動(dòng)，全部進(jìn)入磁場(chǎng)將做加速運(yùn)動(dòng)，
設(shè)線圈的最小速度為v_m，由動(dòng)能定理，從cd邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到線框完全進(jìn)入時(shí)，則有

1

2

m

v

2 m

-

1

2

m

v

2 0

=mgL-mgd，又有

1

2

m

v

2 0

=mgh，綜上所述，線圈的最小速度為

2g(h+L-d)

，
故答案為：2mgd，

2g(h+L-d)

．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵根據(jù)根據(jù)線圈下邊緣剛進(jìn)入磁場(chǎng)和剛穿出磁場(chǎng)時(shí)刻的速度都是v₀，且全部進(jìn)入磁場(chǎng)將做加速運(yùn)動(dòng)，判斷出線圈進(jìn)磁場(chǎng)后先做變減速運(yùn)動(dòng)，也得出全部進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)的速度是穿越磁場(chǎng)過(guò)程中的最小速度．