物理 电磁感应 应该不是高考水平的 竖直平面内,一正方形线框边长为L,有初速度地进入一个有界磁场
这是我根据一道高考水平选择题自己修改的,有重力。。不知能不能算?不太会玩了,求高手指点,不胜感激!! 展开
可以算得刚完全离开磁场时的速度,但要用到积分。
分析:设线框电阻是R,质量是m。
线框刚进入磁场时,速度是V0,且“恰好匀速”。
得 mg=F安1
F安1=B* I1 * L
I1=BL* V0 / R
所以 mg=(BL)^2 * V0 / R
运动到状态1时(线框上边将进入磁场),速度仍是V0。
当整个线框都在磁场中时,穿过线框的磁通量不变,无电流,不受安培力,只受重力。从状态1以加速度 g 匀加速下落到下边将要出磁场时的状态2,此时速度是 V1 。
从状态1到状态2的阶段,线框下落的距离是 (h-L),所以
V1^2=V0^2+2 g (h-L)
得 V1=根号[ V0^2+2 g (h-L)]
接着线框下边离开磁场,线框有电流,受到向上安培力 F安2,因V1>V0,所以 F安2>mg,线框向下做变减速运动,当整个线框刚出磁场时速度为V2(状态3) ,此阶段中线框下落距离是 L。
从状态2到状态3的阶段,速度为 V(V从V2减小到V3),取竖直向下为正方向,由牛二 得
mg-F安2=ma
即 mg-[ (BL)^2 * V / R ]=m* dV / dt
将 mg= (BL)^2 * V0 / R 代入 得
g- (g / V0)* V = dV / dt
整理后 得 dV / (V0-V)=(g / V0) dt
两边积分 得
-ln(V0-V)=(g / V0) * t+C1 ,C1是积分常数
由本阶段的初始条件:t=0时,V=V1 得 C1=-ln(V0-V1)
所以 -ln(V0-V)=(g / V0) * t-ln(V0-V1)
得 V=V0-[(V0-V1)*e^(-g* t / V0) ]
------这是本阶段中速度V随时间 t 的变化关系
设经时间 T 时,速度达到V2,那么 V2=V0-[(V0-V1)*e^(-g* T / V0) ]
而本阶段中下落的距离 S ,也可通过积分求得。
S=∫ V dt
即 S=∫{V0-[(V0-V1)*e^(-g* t / V0) ]}dt
=V0* t+[ V0*(V0-V1) / g ] * e^(-g* t / V0)
时间 t 的积分区间是从0到T,则得 S=L
所以 L=V0*T+[ V0*(V0-V1) / g ] * e^(-g* T / V0)-[ V0*(V0-V1) / g ]
可见,由 V2=V0-[(V0-V1)*e^(-g* T / V0) ]
与 L=V0*T+[ V0*(V0-V1) / g ] * e^(-g* T / V0)-[ V0*(V0-V1) / g ] 联立,消去T,可得到 V2 (但计算过程太复杂)。