题目内容

匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向上，在磁场中有一个总电阻为R、每边长为L的正方形金属框abcd，其中ab、cd边质量均为m，其他两边质量不计，cd边装有固定的水平轴.现将金属框从水平位置无初速释放，如图16所示，若不计一切摩擦，金属框经时间t刚好到达竖直面位置a′b′cd.

图16

（1）ab边到达最低位置时感应电流的方向；

（2）求在时间t内流过金属框的电荷量；

（3）若在时间t内金属框产生的焦耳热为Q，求ab边在最低位置时受的磁场力多大？

解析：（1）感应电流的方向由a′到b′.

（2）由q=IΔt=Δt

E=

ΔΦ=BS-0=BL2

    整理得：q=

（3）由能的转化与守恒定律得：mgL=mv2+Q

    又由E=BvL，I=，F=BIL

    整理得：F=.

答案：（1）由a′到b′  （2）q=   （3）F=


练习册系列答案
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如图所示，将一根质量为M=0.06kg的均匀导线杆弯成矩形闭合导线框abcd，其ab=cd=L1=0.1m，bc=ad=L2=0.2m．它的ad边由aO、dO′两轴承支撑沿水平放置，导线框位于竖直平面内，bc段中点固定一质量为m=0.02kg的小金属球，整个装置处在一方向竖直向上的匀强磁场中．当导线框中通以大小恒为1A的恒定电流I时，整个装置以OO′为轴从静止开始逆时针转动．
（1）在图中画出导线框bc段中的电流方向；
（2）若导线框运动过程中与竖直方向的最大偏角θ为37°，则匀强磁场的磁感应强度B1为多大？（已知sin37°=0.6，cos37°=0.8）
（3）若已知磁感应强度B2=1T，则导线框在运动过程中，速度达到最大时，与竖直方向的偏角α为多大．
如图所示，一质量m=0.1kg的金属棒ab可沿接有电阻R=1Ω的足够长的竖直导体框架无摩擦地滑动，框架间距L=50cm，匀强磁场的磁感应强度B=0.4T，方向如图示，其余电阻均不计．若棒ab由静止开始沿框架下落，且与框保持良好接触，那么在下落的前一阶段，棒ab将做
加速度逐渐减小的加速
加速度逐渐减小的加速
运动，当棒ab运动达到稳定状态时的速度v=
25m/s
25m/s
．（g=10m/s2）
如图（甲）所示螺线管的匝数n=1500，横截面积S=20cm2，电阻r=2Ω，与螺线管串联的外电阻R=4Ω．若穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度按图（乙）所示的规律变化，则线圈中产生的感应电动势为
0.6
0.6
V，线圈两端a、b之间的电压为
0.4
0.4
V．
如图甲所示，两根足够长的竖直光滑平行金属导轨相距为L1=0.1m，导轨下端通过导线连接阻值R=0.4Ω的电阻．质量为m=0.2kg、阻值r=0.1Ω的金属棒ab与导轨垂直并保持良好接触，整个装置处于垂直导轨平面向外的均匀变化的匀强磁场中．
（1）若金属棒距导轨下端为L2=0.2m，磁场随时间变化的规律如图乙所示，为保持金属棒静止，试求作用在金属棒中央、沿竖直方向的外力随时间变化的关系式；
（2）若所加匀强磁场的磁感应强度大小恒为B′，通过恒定功率Pm=6W的竖直向上的拉力使棒从静止开始向上运动，棒向上运动的位移随时间变化的情况如图丙所示，图中OA段为曲线，AB段为直线，其反向延长线与t轴的交点坐标为（0.6，0）．试求磁感应强度B′的大小和变速运动阶段在电阻R上产生的热量．
如图甲所示，空间存在一宽度为2L有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．在光滑绝缘水平面内有一边长为L的正方形金属线框，其质量m=1kg、电阻R=4Ω，在水平向左的外力F作用下，以初速度v0=4m/s匀减速进入磁场，线框平面与磁场垂直，外力F大小随时间t变化的图线如图乙所示．以线框右边刚进入磁场时开始计时，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度B；
（2）线框进入磁场的过程中，通过线框的电荷量q；
（3）判断线框能否从右侧离开磁场？说明理由．
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