一个电磁学的题目 我连题目都没看懂 唉

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/28 22:21:55
如图,长度为l,质量为m的金属杆,用两根长度均为h的金属轻杆接在水平轴上,构成框架,放入均匀磁场中,磁感应强度为B,方向竖直向上。当开关K闭合一会再断开,短时间t内电流脉冲I0通过框架,试确定框架偏离竖直平面的最大偏角。可以认为在短时间t内框架偏移很小。

首先我们来看,题目描述的运动是什么样子的

高度h的杆和其下部分是可以绕着h的最高点那条水平线转动的,也就是两个h和下面的l构成秋千一样的东西。

很明显,这里安培力可以推动l,使其推动这个“秋千”

然后再考虑最后一句话
t时间内框架偏移很小
的意思
这句话牵扯到非常重要的近似。
这句话表示,t间的电流做功,相当于一个瞬时的冲量作用在l上,给了框一个动能。而这段时间非常短,框增加的势能不计。而在t时间作用完毕后,框是在不受外力的情况下,向上转动,将动能转化为重力势能

那么解题思路就是t时间内用动量定理
t时间后用动能定理或者能量守恒

好,我们先看t时间内发生了什么
安培力 F = I0lB
作用时间是t
由于t时间内偏移很小(就是杆还没来得及转动),不需要考虑F的分解问题,它就是垂直于h杆的。
好,那么物体获得冲量
Ft = I0lBt
动量定理可知,物体的速度
v = I0lBt/m

好,再用动能定理计算t时间之后转动的高度
mg(h - hcosa) = 0.5mv^2

1-cosa = 0.5v^2/gh
= (I0lBt)^2/(2ghm^2)

问题就解决啦

a = arccos[1-(I0lBt)^2/(2ghm^2)]

电流方向向右,重力方向向下,由左手定则可知,安培力垂直于纸面向外,大小为I0BL,因电流通过时间很短,所以当物体平衡时,受的拉力、重力、安培力三力平衡。设此时构架与竖直方向的夹角为θ,则tanθ=mg/I0BL,θ=arctanmg/I0BL

那个由开关的导线就是本题的轴,线框会绕它转,重力力矩与安培力力矩平衡,从而求出角度。