题目内容

【题目】如图所示,倾角θ=30°的绝缘光滑斜面向上,有一边界为矩形区域MNPQ磁场,边界MN为水平方向,MN与PQ之间距离为d=0.2m,以MN边界中点O为坐标原点沿斜面向上建立x坐标.已知磁场方向垂直于斜面向上,磁感应强度大小随坐标x位置变化,变化规律为B=.现有n=10匝的正方形线圈abcd,其边长l=0.4m,总质量m=0.5kg、总电阻R=4Ω,ab边与MN 重合;在沿斜面向上的拉力F作用下,以恒定的速度v=1m/s,沿 x轴正向运动.g取10m/s2.

求:

(1)线圈ab边运动到x=0.1m位置时,线圈受到的安培力FA.

(2)线圈穿过磁场区域过程中拉力F 做的总功W.

【答案】(1)1N (2)1.9J

【解析】

根据法拉第电磁感应定律,结合闭合电路欧姆定律,及安培力表达式,即可求解;根据线圈经过磁场分三个阶段,结合动能定理,及几何关系,从而确定安培力与位移的关系,再结合图象,从而求得总功。

解:(1)在x=0.1m处,磁感应强度B1=0.5T

由电磁感应定律,则有:

根据闭合电路欧姆定律,则有:

那么线圈受到的安培力大小

(2)线圈经过磁场区域分成三个阶段,第一阶段ab边在切割磁场,第二阶段线圈没有切割磁场,第三阶段线圈cd切割磁场

由动能定理,可得:

由上可得,线圈受到安培力:是变力

由FAx图象可知,

则有

解得:

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