题目内容

在光滑的xOy水平面内的整个x轴上分布如图所示的磁场。其磁感应强度的大小均为B0,方向垂直于xOy平面,相邻磁场区域的磁场方向相反。每个同向磁场区域的宽度均为l0。在磁场所在区间,xOy平面内放置一由n匝线圈串联而成的矩形导线框abcd,线框的bc边平行于x轴.bc=l0ab=L,总电阻为R,质量为m。整个磁场以速度v0沿x轴正方向匀速运动。

(1)若线框受到一个外力F作用,线框保持静止。求:线框所受外力F的大小和方向

(2)撤去线框受到的外力F,线框如何运动?线框最大速度是多少?

(3)t=0时,线框的速度为v0ab边与Oy轴重合,整个磁场停止运动。线框最后停在何处?

(1),方向始终沿x轴负方向

(2)沿x轴正方向做变加速运动,其加速度续渐变小,速度续渐变大,最后做匀速运动,其速度大小为v0     

(3)


解析:

⑴切割磁感线的速度为v0,任意时刻线框中电动势大小E=2nB0Lv0    (2分)

导线中的电流大小I=                                                          (1分)

线框所受安培力的大小为

由左手定则判断,线框所受安培力的方向始终沿x轴正方向        (1分)

线框所受外力F的大小为  (1分),方向始终沿x轴负方向。(1分)

(2)线框沿x轴正方向做变加速运动,其加速度续渐变小,速度续渐变大,最后做匀速运动,其速度大小为v0                                                                                (4分)

(3)线框为v时有

t→Δt时间内,由动量定理:-FΔt=mΔv                                 (3分)

求和:                                         (3分)

解得:                                              (4分)

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