题目内容

9.如图所示,倾角θ为30°的光滑斜面上,有一垂直于斜面向下的有界匀强磁场区域PQNM,磁场区域宽度L=0.1m.将一匝数n=10匝、质量m=0.02kg、边长L=0.1m、总电阻R=0.4Ω的正方形闭合线圈abcd由静止释放,释放时ab边水平,且到磁场上边界PQ的距离也为L,当ab边刚进入磁场时,线圈恰好匀速运动.(g=10m/s2).求:
(1)ab边刚进入磁场时,线圈所受安培力的大小及方向;
(2)ab边刚进入磁场时,线圈的速度及磁场磁感应强度B的大小;
(3)线圈穿过磁场过程产生的热量.

分析 (1)线框进入磁场时做匀速运动,受力平衡,由平衡条件可求得安培力的大小和方向.
(2)由机械能守恒定律列式,求出线框刚进磁场时的速度;由E=BLv、I=$\frac{E}{R}$,F安=BIL,及平衡条件列式,即可求得B.
(3)线框在磁场中一直匀速运动,线框的重力势能减少转化为内能,根据能量守恒求解即可.

解答 解:(1)ab边刚进入磁场时线框做匀速运动,对线圈受力分析,如图所示,可知:
线圈所受安培力的大小 F安=mgsinθ=0.1N
方向沿斜面向上.
(2)线框进入磁场前沿斜面向下做匀加速直线运动,设ab边刚进磁场时的速度为v,则由机械能守恒定律得:
 $\frac{1}{2}m$v2=mgL•sin30°
得:v=1m/s
线框切割磁感线产生的感应电动势 E=nBLv
线框中的感应电流 I=$\frac{E}{R}$
底边所受的安培力 F安=nBIL
由以上各式解得:B=0.2T
(3)分析可知线圈穿过磁场的过程中一直匀速运动,由能量守恒可得:
  Q=2mgL•sin30°=0.01J
答:
(1)ab边刚进入磁场时,线圈所受安培力的大小为0.1N,方向沿斜面向上.
(2)ab边刚进入磁场时,线圈的速度及磁场磁感应强度B的大小是0.2T;
(3)线圈穿过磁场过程产生的热量是0.01J.

点评 本题是导轨类问题,首先要分析线框的运动情况,画出侧视图及其受力分析图,然后列式求解.

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