如图所示,在空中有一水平方向的匀强磁场区域,区域的上下边缘间距为h,磁感应强度为B.有一宽度为b(b<h)、长度为L、电阻为R、质量为m的矩形导体线圈紧贴磁场区域的上边缘从静

◎ 题目

如图所示,在空中有一水平方向的匀强磁场区域,区域的上下边缘间距为h,磁感应强度为B.有一宽度为b(b<h)、长度为L、电阻为R、质量为m的矩形导体线圈紧贴磁场区域的上边缘从静止起竖直下落,当线圈的PQ边到达磁场下边缘时,恰好开始匀速运动.求线圈穿越磁场区域经历的时间.
魔方格

◎ 答案

设线圈匀速穿出磁场区域的速度为v,此过程线圈的重力与磁场作用于线圈的安培力平衡,即有:
  mg=B?
BLv
R
L,
所以v=
mgR
B2L2

对线圈从开始到刚好完全进入磁场的过程,经历的时间设为t1,线圈所受安培力的平均值为
.
F
.线圈速度的平均值为
.
v
,此过程线圈的末速度值为v1,根据动量定理,得    mgt1-
.
F
t1=mv1

.
F
t1=B
.
I
Lt1=B.
BL
.
v
R
Lt1=
B2L2
R
b

代入上式得:t1=
v1
g
+
B2L2b
mgR

因为b<h,所以接着线圈在磁场里作匀加速运动,直到线圈的下边到达磁场的下边界为止,此过程经历的时间:t2=
v-v1
g

之后线圈以速度v匀速穿出磁场,经历时间t3=
b
v

所以线圈穿越磁场区域经历的时间:t=t1+t2+t3=
v1
g
+
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