(2)设线框离开磁场能上升的高度为h,则从刚离开磁场到刚落回磁场的过程中
(1)由于线框匀速进入磁场,则合力为零,有,解得
解析:线框在上升过程中受到向下的重力和安培力还有空气阻力的作用,其中克服重力做功只是使重力势能发生变化,不改变线框的机械能,而安培力做功和克服空气阻力做功转化成焦耳热。在上升过程中已知进入磁场和离开磁场的速度关系,可由能量守恒定律列出产生焦耳热的表达式;由于线框向上离开磁场时还有一定的速度,在重力和空气阻力的作用下继续向上运动到最高点又返回进入磁场,这个过程中克服空气阻力做功使机械能继续减小;再次进入磁场时,线框匀速运动,重力、空气阻力和安培力平衡。
4. 功能关系在电学中的综合应用
例4如图所示,将边长为a、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出,穿过宽度为b、磁感应强度为B的匀强磁场,磁场的方向垂直纸面向里.线框向上离开磁场时的速度刚好是进人磁场时速度的一半,线框离开磁场后继续上升一段高度,然后落下并匀速进人磁场.整个运动过程中始终存在着大小恒定的空气阻力f且线框不发生转动.
求:(1)线框在下落阶段匀速进人磁场时的速度V2;
(2)线框在上升阶段刚离开磁场时的速度V1;
(3)线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q.
代入数据得
反思:合理选择不同阶段的研究对象,准确分析碰撞前后各研究对象的受力情况及各力的做功情况,应用功能原理将碰撞前后的速度与已知条件联系,再结合碰撞过程的动量与能量关系,是解答本题的关键。
得
由 ⑩
总冲量为: ⑨
可知小物块前4次与挡板碰撞所获得冲量成等比级数,首项为⑧
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