(2013•江苏模拟)如图所示,两水平线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的边界,磁场的磁感应强度为B,宽度为d,正方形

(2013•江苏模拟)如图所示,两水平线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的边界,磁场的磁感应强度为B,宽度为d,正方形线框abcd由均匀材料制成,其边长为L(L<d)、质量为m、总电阻为R.将线框在磁场上方高h处由静止开始释放,已知线框的ab边刚进入磁场时和刚穿出磁场时的速度相同.求:
(1)ab边刚进入磁场时ab两端的电势差Uab
(2)ab边刚进入磁场时线框加速度的大小和方向;
(3)整个线框进入磁场过程所需的时间.
龙寒枫 1年前 已收到1个回答 举报

云中少 幼苗

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解题思路:(1)根据运动学公式求出ab刚进入磁场时的速度,结合切割感应电动势表达式,即可求解ab两端的电压;
(2)根据运动与受力分析,结合安培力与牛顿第二定律,即可求解;
(3)线框进入磁场过程,根据牛顿第二定律和加速度的定义式,运用积分求和的方法,求解运动时间.

(1)ab边进入磁场前,线框自由下落,有:
v20=2gh
ab边刚进入磁场时切割磁感线产生感应电动势为:E0=BLv0
可解得:E0=BL
2gh
电动势的方向为a→b
ab两端的电势差为:Uab=-[3/4E0=-
3
4BL
2gh]
(2)从线框完全进入磁场至线框开始穿出磁场的过程中,线框中没有感应电流,线框只受重力,做加速度为g的匀加速直线运动.
由题意,线框的ab边刚进入磁场时和刚穿出磁场时的速度相同.
由此可判断ab边刚进入磁场时线框应做减速运动,故加速度方向向上.
ab边刚进入磁场时,线框中的电流:I0=
E0
R
所受安培力为:FA=BI0L
对于线框,根据牛顿第二定律得:FA-mg=ma0
由以上各式解得线框的加速度大小为:a0=
B2L2
2gh
mR-g
(3)设线框完全进入磁场时速度为v1,则从线框完全进入磁场至线框开始穿出磁场的过程中,有:
v20-
v21=2g(d-L)
在线框进入磁场的过程中,:E=BLv,I=[E/R]
取向下为正方向,有:mg-BIL=ma
可:mg-
B2L2v
R=ma
对于该过程中的任意微小过程,有:(mg-
B2L2v
R)△t=ma•△t
将上式对整个进入过程求和,即:∑(mg-
B2L2v
R)△t=∑ma•△t
可得:mg∑△t-
B2L2
R∑v△t=m∑a△t
即:mgt-
B2L2
RL=m(v1-v0
可解得:t=
B2L3
mgR+


v20−2g(d−L)−
2gh
g
答:(1)ab边刚进入磁场时ab两端的电势差Uab是-[3/4BL
2gh].
(2)ab边刚进入磁场时线框加速度的大小为
B2L2
2gh
mR-g,方向向上;
(3)整个线框进入磁场过程所需的时间为
B2L3
mgR+


v20−2g(d−L)−
2gh
g.

点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;楞次定律.

考点点评: 本题中感应电量表达式是常用的经验公式,要能根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电量的公式进行推导.第3小题,积分求和是一种微元法,切入点是加速度的定义式,要学会应用,培养运用数学知识解决物理问题的能力.

1年前

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