题目内容

18.在光滑水平面上,有一个粗细均匀的边长为L的单匝正方形闭合线框abcd,在水平外力的作用下,从静止开始沿垂直磁场边界方向做匀加速直线运动,穿过匀强磁场,如图甲所示,测得线框中产生的感应电流i的大小和运动时间t的变化关系如图乙所示(  )
A.线框开始运动时ab边到磁场左边界的距离为$\frac{L}{3}$
B.线框边长与磁场宽度的比值为3:8
C.离开磁场的时间与进入磁场的时间之比为(3-2$\sqrt{2}$):1
D.离开磁场的过程中外力做的功与进入磁场的过程中外力做的功相等

分析 根据匀变速运动规律得到运动距离,时间的关系;再对线圈进行受力分析,利用牛顿第二定律求得两个过程力的大小比较,进而得到做功不一致.

解答 解:设线框做匀加速直线运动的加速度为a;则线框从静止开始运动,在t时刻的速度vt=at;
A、由图乙可知线框开始运动时ab边到磁场左边界的距离为线框在时间0-2运动的长度d=v1×(2-0)=2a,线框边长为线框在时间2-4运动的长度,L=v3×(4-2)=3a×2=6a,
所以,$d=\frac{L}{3}$,故A正确;
B、磁场宽度l为线框在时间2-6运动的长度,l=v4×(6-2)=4a×4=16a,所以,线框边长与磁场宽度的比值为L:l=6a:16a=3:8,故B正确;
C、线框进入和离开磁场运动的距离都是线框的边长L,所以,根据图乙可知线框进入磁场的时间为2,设离开磁场的时间为t,则有:
$L={v}_{3}(4-2)=6a={v}_{6}t+\frac{1}{2}a{t}^{2}=6at+\frac{1}{2}a{t}^{2}$,解得$t=4\sqrt{3}-6$,所以,离开磁场的时间与进入磁场的时间之比为$(4\sqrt{3}-6):2=(2\sqrt{3}-3):1$,故C错误;
D、对线圈进行受力分析可知:进入和离开磁场时都有:在水平方向上,线圈只受安培力和外力的作用,且安培力方向向左,外力F方向向右,
F=F安+ma=BiL+ma,外力做的功W=Fs,s为线圈边长,所以,进入和离开两种情况s相同,而离开时的电流大于进入时,所以F离开>F进入,所以,W离开>W进入,故D错误.
故选:AB.

点评 本题多次应用平均速度=时间中点的瞬时速度,对于匀变速直线运动的运动规律及各导出公式需要熟悉并能熟练运用.

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