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2013上海市闸北区期末)如图所示,虚线框内存在一沿水平方向、且与纸面垂直的匀强磁场。现通过图示装置来测量该磁场的磁感应强度大小、并判定其方向。所用器材已在图中给出,其中D位于纸面内的U形金属框,其底边水平,长度为L,两侧边竖直且等长;直流电源电动势为E,内阻为rR为电阻箱;S为开关。此外还有细沙、天平和若干轻质导线。已知重力加速度为g

先将开关S断开,在托盘内加放适量细沙,使D处于平衡状态,然后用天平称出细沙质量m1 闭合开关S,将电阻箱阻值调节至R1=r,在托盘内重新加入细沙,使D重新处于平衡状态,用天平称出此时细沙的质量为m2m2m1

1磁感应强度B大小为___________,方向垂直纸面____________(选填“向里”或“向外”); 

2将电阻箱阻值调节至R2=2r,则U形金属框D_________(选填“向下”或“向上”)加速,加速度大小为___________

答案

答案:(1,向外;(2)向上,

(每空2分)

解析:设U形金属框质量M将开关S断开,在托盘内加放适量细沙,使D处于平衡状态,m1g=Mg闭合开关S,将电阻箱阻值调节至R1=r,在托盘内重新加入细沙,使D重新处于平衡状态,m2g=Mg+BILI=E/2r,联立解得B=,由左手定则可得磁场方向垂直纸面向外。

将电阻箱阻值调节至R2=2r,此时电路中电流减小,所受安培力BIL减小,则U形金属框D向上加速,电流I’=E/3r,由牛顿第二定律,m2g-Mg+BI’L=(m2+M)a,联立解得加速度大小为a=

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