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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),金属框在下滑过程中的速度为u,与此对应的位移为s,那么v2-s图象如图所示,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图象所提供的信息,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(金属框下边与重合)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(金属框上边与重合).试计算恒力F做功的最小值.

答案:
解析:

  解:(1)由图如L=d=0.5 m (1分)

  由动能定量:mgS1·sinmv由图知S1=1.6 m,v1=4 m/s (1分)

  ∴=30° (1分)

  (2)在磁场中运动时v1=4 m/s

  I= (1分)

  mgsin=BIL (1分)

  ∴B= (1分)

  (3)设线框到达磁场时速度为v2

  则(F-mgsin)S3 (2分)

  线框进入磁场时,有F=mgsin (2分)

  ∴v2 (1分)

  由于v2<v1,∴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=mgSsin (2分)

  =0.1×10×3.4×0.5 J+ (1分)


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如图甲所示,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图象(记录了线框运动全部过程)如图乙所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上。试问:(g取10m/s2)

(1)根据v2—s图象所提供的信息,计算出金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少?

(2)匀强磁场的磁感应强度多大?

(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

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(1)根据v2—s图象所提供的信息,计算出金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少?

(2)匀强磁场的磁感应强度多大?

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(2)小滑块离开斜面的瞬时速度多大?

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