题目内容

9.如图甲所示,竖直平面内正方形线框abcd从图示位置由静止释放,线框释放处下方MN与PQ之间存在一个垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,如图乙为线框下落的v-t图象,t1时刻线框下端bc边进入磁场,t3时刻线框下端bc边达到磁场下边界PQ.若线框匝数为N,线框总电阻为R,忽略空气阻力,重力加速度为g,则以下分析正确的是(  )
A.线框进入磁场与穿出磁场时电流方向相同
B.正方形线框的边长为v1(t2-t1)
C.t3时刻后线框将做匀减速运动
D.线框质量为$\frac{{{N^2}{B^2}{{({{t_2}-{t_1}})}^2}v_1^3}}{gR}$

分析 根据楞次定律得出感应电流的方向,从而判断线框进入磁场和出磁场过程中电流的方向是否相同.根据线框进入磁场时做匀速直线运动,结合位移公式求出线框的边长.出磁场时,线框所受的安培力大于重力,做变减速直线运动.根据进入磁场时平衡,求出线框的质量.

解答 解:A、根据楞次定律知,线框进入磁场时感应电流方向为逆时针,出磁场时,感应电流的方向为顺时针,故A错误.
B、线框进入磁场时,做匀速直线运动,可知正方形线框的边长L=v1(t2-t1),故B正确.
C、进入磁场时,线框做匀速直线运动,安培力和重力相等,有:$mg=\frac{{N}^{2}{B}^{2}{L}^{2}{v}_{1}}{R}$,出磁场时,速度大于进入磁场的速度,则安培力大于重力,加速度方向向上,做减速运动,速度减小,安培力减小,加速度减小,做加速度减小的减速运动,故C错误.
D、根据$mg=\frac{{N}^{2}{B}^{2}{L}^{2}{v}_{1}}{R}$得,线框质量m=$\frac{{{N^2}{B^2}{{({{t_2}-{t_1}})}^2}v_1^3}}{gR}$,故D正确.
故选:BD.

点评 对于电磁感应问题研究思路常常有两条:一条从力的角度,重点是分析安培力作用下导体棒的平衡问题,根据平衡条件列出方程;另一条是能量,分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题,根据动能定理、功能关系等列方程求解;注意本题中的线圈为N匝,计算感应电动势和安培力时都是N匝

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