光滑绝缘的水平面上有垂直平面的匀强磁场,磁场被分成区域Ⅰ和…——2023 高考物理第 14 题答案解析

2023_省自主命题(广东)

2023 广东 第 14 题 解答题 区分题
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14. 光滑绝缘的水平面上有垂直平面的匀强磁场,磁场被分成区域Ⅰ和Ⅱ,宽度均为h,其俯视图如图(a)

所示,两磁场磁感应强度随时间t 的变化如图(b)所示, $0 \sim \tau$ 时间内,两区域磁场恒定,方向相反,磁感应强度大小分别为 $2 B _ { 0 }$ 和 $B _ { 0 }$ ,一电阻为R,边长为h的刚性正方形金属框 $a b c d$ ,平放在水平面上, ab cd、边与磁场边界平行. $t = 0$ 时,线框 ab边刚好跨过区域Ⅰ的左边界以速度v向右运动.在t 时刻, ab边运动到距区域Ⅰ的左边界 $\frac { h } { 2 }$ 处,线框的速度近似为零,此时线框被固定,如图(a)中的虚线框所示。随后在$\tau \sim 2 \tau$ 时间内,Ⅰ区磁感应强度线性减小到0,Ⅱ区磁场保持不变; $2 \tau \sim 3 \tau$ 时间内,Ⅱ区磁感应强度也线性减小到0。求:


图(a)


图(b)

(1)t = 0时线框所受的安培力 $F$ ;

② $t = 1 . 2 \tau$ 时穿过线框的磁通量 $\phi$ ;

③ $2 \tau \sim 3 \tau$ 时间内,线框中产生的热量 $\boldsymbol { Q }$ 。

参考答案

(1) $F = \frac { 9 B _ { 0 } ^ { 2 } h ^ { 2 } \nu } { R }$ ,方向水平向左;② $\phi = \frac { 3 B _ { 0 } h ^ { 2 } } { 1 0 }$ ;③ $Q = \frac { B _ { 0 } ^ { 2 } h ^ { 4 } } { 4 \tau R }$

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