解题思路:线框在运动过程中,两条竖直边切割感线产生的感应电动势大小相等、方向相反,相互抵消,两条水平边竖直分速度产生感应电动势,由E=Bavy得到回路中总的感应电动势,由欧姆定律得到感应电流的表达式,当速度达到恒定时,竖直方向上重力与安培力平衡,由平衡条件列式可求得竖直方向的分速度vy.线框水平方向做匀速运动,再由速度的分解求得初速度vo.
线框在运动过程中,两条竖直边产生的感应电动势互相抵消,两条水平边竖直分速度产生感应电动势.
设线框上边纵坐标为y时,线框竖直分速度大小为vy,感应电动势为:
E=[B0+k(y+a)]avy-(B0+ky)avy=ka2vy…①
感应电流为:I=[E/R=
ka2
Rvy…②
两条竖直边所受安培力互相抵消,当速度达到恒定时,由平衡条件有:
[B0+k(y+a)]Ia-(B0+ky)Ia=mg…③
得vy=
mgR
k2a4]…④
由于线框水平方向做匀速运动,根据速度合成的平行四边形定则有:
v0=
v2−
v2y=
v2−(
mgR
k2a4)2…⑤
答:水平初速度vo的大小为v0为
v2−(
mgR
k2a4)2.
点评:
本题考点: 导体切割磁感线时的感应电动势;安培力;电磁感应中的能量转化.
考点点评: 本题中磁场是非匀强磁场,线框四边都切割磁感线,左右两边电动势抵消,所受的安培力也抵消,根据E=BLv分别得到上下两边的电动势,再根据平衡条件正确列式,即可求解.有一定的难度.