如图所示,虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场.现通过图示装置来测量该磁场的磁感应强度大小、并判定其方向.所用器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,长度为L,两侧边竖直且等长;直流电源电动势为E,内阻为r;R为电阻箱;S为开关.此外还有细沙、天平和若干轻质导线.已知重力加速度为g.
先将开关S断开,在托盘内加放适量细沙,使D处于平衡状态,然后用天平称出细沙质量m1. 闭合开关S,将电阻箱阻值调节至R1=r,在托盘内重新加入细沙,使D重新处于平衡状态,用天平称出此时细沙的质量为m2且m2>m1.
(1)磁感应强度B大小为______,方向垂直纸面______(选填“向里”或“向外”);
(2)将电阻箱阻值调节至R2=2r,则U形金属框D______(选填“向下”或“向上”)加速,加速度大小为______.

(1)电键闭合后,需要再右侧加砝码,故安培力向下,故磁场方向垂直向外,根据平衡条件,有:
(m2-m1)g=BIL
根据闭合电路欧姆定律,有:
E=I(r+r)
联立解得:B=2r(m2-m1)g EL
(2)将电阻箱阻值调节至R2=2r,电流减小,安培力减小,故合力向上,会向上加速,根据牛顿第二定律,有:
(m2-m1)g-BI′L=ma
根据闭合电路欧姆定律,有:
E=I′(r+2r)
解得:a=
;(m2-m1)g 3(m1+m2)
故答案为:(1)
,向外;(2)向上,2r(m2-m1)g EL
.(m2-m1)g 3(m1+m2)