(2009•上海模拟)如图所示,在粗糙绝缘的水平面内,存在一竖直向下的磁场区域,磁感强度B沿水平向右的方向均匀增加.若在

(2009•上海模拟)如图所示,在粗糙绝缘的水平面内,存在一竖直向下的磁场区域,磁感强度B沿水平向右的方向均匀增加.若在该磁场区域内建立直角坐标系xoy,则磁感强度B的分布规律可表示为B=kx(x的单位为m,B的单位为T).有一个长为L、宽为h、质量为m、电阻为R的不变形的矩形金属线圈,在运动过程中始终位于磁场区域内.当它在该平面内运动时,将受到大小恒为 f 的阻力作用.
(1)要让线圈在水平外力F的作用下,从静止开始向右做加速度为a的匀加速直线运动,求F随时间t的变化规律.
(2)若磁场区域以速度v1水平向左匀速运动,线圈从静止开始释放,求此后线圈运动的最大速度.
(3)若零时刻磁场区域由静止开始水平向左做匀加速直线运动,同时线圈从静止开始释放,已知在经一段足够长的时间后,t时刻磁场区域的速度为vt,求t时刻线圈的速度.
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lin光 幼苗

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解题思路:(1)线圈向右运动的过程中,左右两边都切割磁感线,而且两边产生的感应电动势大小不等,设线圈的右边导线所在位置的磁感应强度为B1、左边导线所在位置的磁感应强度为B2,线圈中E=B1hv-B2hv=kLhv,求出线圈受到的安培力,由牛顿第二定律求得F与t的关系.(2)有两种情况:一种线圈所受的安培力小于等于最大静摩擦力,线圈始终静止不动;另一种安培力大于最大静摩擦力,线圈将加速度向左动,最终匀速,速度达到最大.根据安培力与摩擦力平衡,求最大速度.要用线圈与磁场的相对速度求感应电动势.(3)若零时刻磁场区域由静止开始水平向左做匀加速直线运动,同时线圈从静止开始释放,线圈在安培力的作用下,线圈先向左做加速运动,当线圈与磁场的速度之差恒定时,线圈将做匀加速运动,所以线圈的加速度最终与磁场的加速度相同,根据牛顿第二定律求t时刻线圈的速度.

(1)设线圈的右边导线所在位置的磁感应强度为B1、左边导线所在位置的磁感应强度为B2,则E=B1hv-B2hv=kLhv

线圈所受的安培力 FA=(B1-B2)[E/R]h
由牛顿第二定律可得:F-FA-f=ma
即得F−(B1−B2)
E
Rh−f=ma
又v=at
得,F随时间t的变化规律为 F=ma+f+
(kLh)2
Rat
(2)若FA=
(kLh)2v
R≤f时,线圈将始终静止不动.
若FA=
(kLh)2v
R>f时,线圈将加速度向左动,最终匀速.
设线圈匀速时的速度为v′,则有
(kLh)2(v−v′)
R=f
解得v′=v−
fR
(kLh)2
(3)线圈的加速度最终与磁场的加速度相同,即a=
vt
t.
设t时刻线圈的速度为v″,则
(kLh)2(vt−v″)
R−f=ma
解得
v″=vt-
(f+m
vt
t)R
(kLh)2
答:
(1)要让线圈在水平外力F的作用下,从静止开始向右做加速度为a的匀加速直线运动,F随时间t的变化规律为 F=ma+f+
(kLh)2
Rat.
(2)若磁场区域以速度v1水平向左匀速运动,线圈从静止开始释放,此后线圈运动的最大速度v-[fR
(kLh)2.
(3)t时刻线圈的速度为vt-
(f+m
vt/t)R
(kLh)2].

点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;牛顿第二定律.

考点点评: 本题首先正确确定线圈中感应电动势,注意左右两边都切割磁感线产生电动势.其次当磁场与线圈有相对运动时,要用相对速度求感应电动势,难点的是分析线圈的运动情况.

1年前

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