(1)设cd边刚进入磁场时的速度为v,cd边产生的电动势 E=BLv,
线圈中产生的感应电流 I=,cd边受到的安培力 F=BIL=
线圈做匀速直线运动,由平衡条件得:
mg=
代人数据解得:v==10m/s
由运动学公式得:h==m=5m
(2)由(1)可得:E=BLv=1.0×0.1×10V=1.0V,
I==A=10A
所以线框进入磁场过程中的电功率为 P=I2R=102×0.1W=10W
(3)从cd刚进入磁场到ab完全离开磁场的过程中,分段画出的电势差Ucd与时间的关系图线如图所示.
(4)线圈匀速进入磁场应满足的方程式:v=
①对甲同学将L→2L,只需将方程式中的R→2R,m→2m,L→2L
所以v′===v,h′=h,故甲的方案不可行.
②对乙同学的方案,先设原横截面积为S,后来的横截面积为S′,
则有:m=ρ?4L?S,m′=ρ?4L?S′,R=ρ电,R′=ρ电,
v==,v′==
所以v′=v=,h′=h,故乙的方案也不可行.
③对丙同学的方案,两匝线圈是串联关系,易得:m′=2m,R′=2R,E′=2E
由于 I=、I′===
得:I′=I
F=BIL==mg?v=、F′=2BI′L=2=2mg
得:v′=
所以有:v′=v=,h′=h,故丙的方案还是不可行.
答:(1)线框下落的高度h为5m;
(2)线框进入磁场过程中的电功率P为10W;
(3)坐标纸中画出cd两点间的电势差Ucd与时间的关系图线见上,在图象中注明关键点的数据见上;
(4)对上述三位同学的方案都不行.