(1)设M下落的高度h1=2.25×sin30°m,m上升的高度h2=2.25m.则M和m系统机械能守恒,则:
Mgh1?mgh2=(M+m)v2 ①
线框刚进入磁场时的速度:v=3m/s. ②
(2)线框进入磁场的过程中产生的感应电流的平均值为I,磁通量的变化量为△Φ,变化的时间为△t,感应电动势为E,通过线框的电荷量为q,则有:
q=I△t ③
I= ④
E= ⑤
由③④⑤式得,q=4C. ⑥
(3)当线框在匀速穿过ef边界时,设速度为v1,由平衡知:
Mgsinα-mg-BIL=0 ⑦
I= ⑧
由⑦⑧式得,v1=4m/s.⑨
设线框完全进入磁场时的速度为v2,下滑高度为H,重物上升的高度为 h,则:
MgH-mgh=(m+M)v12?(m+M)v22 ⑩
得v2=2m/s.
从线框开始进入磁场到完全进入磁场的过程中,下滑的高度为H1,重物上升的高度为h3.此过程线框产生的焦耳热为Q′,由功能关系得,
(m+M)v22?(m+M)v2=MgH1-mgh3-Q′
得Q′=0.5J.
答:(1)线框cd边刚进入磁场时速度的大小为3m/s.
(2)线框进入磁场过程中通过线框的电量为4C.
(3)线框进入磁场过程中在线框中产生的焦耳热为0.5J.