Question

24.用密度為d、電阻率為、橫截面積為A的薄金屬條制成邊長為L的閉合正方形框abb′a′。如圖所示，金屬方框水平放在磁極的狹縫間，方框平面與磁場方向平行。

設勻強磁場僅存在于相對磁極之間，其他地方的磁場忽略不計�？烧J為方框的aa′邊和bb′邊都處在磁極間，極間磁感應強度大小為B。方框從靜止開始釋放，其平面在下落過程中保持水平（不計空氣阻力）。

（1）求方框下落的最大速度v_m（設磁場區(qū)域在豎直方向足夠長）；

（2）當方框下落的加速度為時，求方框的發(fā)熱功率P；

（3）已知方框下落時間為t時，下落高度為h，其速度為v_t（v_t＜v_m）。若在同一時間t內，方框內產生的熱與一恒定電流I₀在該框內產生的熱相同，求恒定電流I₀的表達式。

      

Answer 1

（1）方框質量m=4LAd

方框電阻R=

方框下落速度為v時，產生的感應電動勢E=B·2L·v

感應電流I=

方框下落過程，受到重力G及安培力F

G=mg=4LAdg，方向豎直向下

F=BI·2L=v，方向豎直向上

當F=G時，方框達到最大速度，即v=v_m

則v_m =4LAdg

方框下落的最大速度v_m＝

（2）方框下落加速度為時，有mg-IB·2L=m

則I=

方框的發(fā)熱功率P=I²R=

（3）根據(jù)能量守恒定律，有mgh=mv+IRt

I₀=

解得恒定電流I₀的表達式I₀=A