题目内容

一个质量m=0.1 kg的正方形金属框总电阻R=0.5 Ω,金属框放在表面绝缘且光滑的斜面顶端(金属框上边与AA′重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB′重合),设金属框在下滑过程中的速度为v,与此对应的位移为s,那么v2-s图像如图所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上,g取10 m/s2.试问:

(1)根据v2—s图像所提供的信息,计算出斜面倾角θ和匀强磁场宽度d.

(2)匀强磁场的磁感强度多大?

(3)现用平行斜面沿斜面向上的恒力F作用在金属框上,使金属框从斜面底端BB′(金属框下边与BB′重合)由静止开始沿斜面向上运动,匀速通过磁场区域后能够到达斜面顶端(金属框上边与AA′重合).试计算恒力F做功的最小值.

解:(1)由图知L=d=0.5 m 

由动能定理mgs1·sinθ=mv12由图知

s1=1.6 m,v1=4 m/s 

所以θ=30° 

(2)在磁场中运动时v1=4 m/s

I= 

mgsinθ=BIL 

所以B==0.5 T 

(3)设线框到达磁场时速度为v2

则(F-mgsinθ)s3=mv22 

线框进入磁场时,有

F=mgsinθ+ 

所以v2===2 (m/s) 

由于v2<vl,所以线框穿出碰场后F需继续作用一段时间方可保证线框能够到达上端

由能量守恒得:W小=mgssinθ+=mgssinθ+· 

=0.1×10×3.4×0.5 J+ J=1.95 J


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