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

竖直平面内,一正方形线框边长为L,以初速度v0进入一个有界磁场,磁场高度h(h>L),进入磁场时恰好匀速,求完全出磁场的速度?这是我根据一道高考水平选择题自己修改的,有重... 竖直平面内,一正方形线框边长为L,以初速度v0进入一个有界磁场,磁场高度h(h>L),进入磁场时恰好匀速,求完全出磁场的速度?
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!!
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2014-04-16 · 智能家居/数码/手机/智能家电产品都懂点
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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)。

110636zhang
2014-04-16
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是刚进去匀速还是整个进去匀速?如果是刚进去的话,就是在水平方向减速或加速,这得看磁场方向;竖直方向是匀加速运动,但这就需要知道刚进去时的距离磁场下端的长度。如果是整个进去,就是平抛运动,这个就好算一点。当线框下边刚从磁场出来后,竖直方向加速或减速,但这又涉及到在出来时它所受到的电磁力和重力的大小,因为他的速度是变化的,所以加速度也变化,这就不好求了。。。。。。光求线框下边刚从磁场出来还是可以求得 我还以为是有水平方向的初速度。。。。。。。。。。。。。。
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