问题 问答题

如图甲所示,PQNM是表面粗糙的绝缘斜面,abcd是质量m=0.5kg、总电阻R=O.5Q、边长L=O.5m的正方形金属线框,线框的匝数N=10.将线框放在斜面上,使斜面的倾角θ由O°开始缓慢增大,当θ增大到37°时,线框即将沿斜面下滑.现保证斜面的倾角θ=37°,在00′NM的区域加上垂直斜面方向的匀强磁场,使线框的一半处于磁场中,磁场的磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示.

(1)试根据图乙求出B随时间t变化的函数关系式.

(2)在t=O时刻线框是否会沿斜面运动?若要运动,请说出理由;若不运动,请求出从t=O时刻开始经多长时间线框即将发生运动.(g取10m/s2,sin 37°=O.6)

答案

(1)由图乙所示图线可知:磁感应强度B随时间t均匀增大,所以B=B0+kt,其中B0=0.2T,

   k=

0.6-0.2
1
=0.4T/s

所以B=0.2+0.4t(T)

(2)不加磁场时,由题意知,当θ=37°时,线框既将沿斜面下滑,此时斜面对线框的静摩擦力恰好达到最大值fmax,由平衡条件有

   fmax=mgsinθ=0.6mg=3N.

加磁场后,由于压力不变,故fmax的大小不变.

无论磁场方向垂直斜面向上还是向下,由楞次定理可知,当穿过线框的磁通量增大时,线框受到的安培力沿斜面向上,因此线框若是运动,则应沿斜面向上.应满足F≥mgsinθ+fmax=6N,

由法拉第电磁感应定律有

   E=N

△Φ
△t
=N
s
2
△B
△t
=
NkL2
2
=0.5V

由闭合电路欧姆定律知,电流I=

E
R
=1A,

在t=0时刻cd边受到的安培力F0=NILB0=1N,

故F0<mgsinθ+fmax

所以在t=0时刻,线框不会沿斜面下滑,也不会沿斜面上滑;

当摩擦力方向沿斜面向下达到最大值时,线框即将沿斜面向上运动,此时线框受力如图所示,由平衡条件有 

   F=NBIL=mgsinθ+fmax=6N

得磁感应强度大小为B=1.2T,

由(1)知,B=0.2+0.4t,

则所经历时间为t=2.5s.

答:

(1)根据图乙得到B随时间t变化的函数关系式是B=0.2+0.4t(T).

(2)从t=O时刻开始经2.5s时间线框即将发生运动.

单项选择题
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