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如图(甲)所示,在竖直向下的B=5T的有界匀强磁场中,有一个边长为0.4m的正方...

如图(甲)所示,在竖直向下的B=5T的有界匀强磁场中,有一个边长为0.4m的正方形闭合金属线框放在光滑水平地面上,线框的ab边与磁场右边界MN平行且相距0.09m,线框电阻为10Ω、质量为0.20kg,t=0时,线框静止.现对线框加一向右的水平拉力F,使线框以a=2.0m/s2的加速度做匀加速直线运动,试通过分析和计算,在图(乙)上画出F-t 图线.

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本题分三段求【解析】 线框完全在磁场中时做匀加速运动,由运动学位移公式求出ab边到达MN所用的时间t1,由v1=at1求出线框到达MN时的速度.设线框从开始运动到刚离开磁场所用的时间为t2,根据位移,由位移公式可求出t2,由牛顿第二定律求出F与时间的表达式;当t>0.7s,线框完全离开磁场,有:F3=ma.再作出F-t图象. 【解析】 设ab边到达MN所用的时间为t1,线框的速度为v1,则:    s1= 得:t1= 代入数据s1=0.09m,得到t1=0.3s 而v1=at1=2×0.3m/s=0.6m/s 所以0≤t≤0.3s,有:F1=ma=0.2×2N=0.4N 设线框从开始运动到刚离开磁场所用的时间为t2 则:s2-s1=v1(t2-t1)+a(t2-t1)2 而:s2-s1=0.4m,t1=0.3s 得:t2=0.7s 所以:0.3s≤t≤0.7s,有: 由牛顿第二定律:F2-F安=ma 得:F2=ma+F安=ma+BIL=ma+ 代入解得 F2=(0.4+0.8t)N 当t>0.7s,线框完全离开磁场,有:F3=ma=0.2×2N=0.4N 所以有:F= 力F随时间变化的图象如图所示. 答:力F随时间变化的图象如图所示.
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考点分析:
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U/V0.600.700.800.901.01.1
I/A0.180.210.250.280.300.33
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②实验步骤如下表所示,请在空格中补充完整实验步骤中的相关内容.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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