
如图所示,光滑水平面上有一个长为L、宽为d的长方体空绝缘箱,其四周紧固一电阻为R的水平矩形导线框,箱子与导线框的总质量为M。与箱子右侧壁平行的磁场边界平面如截面图中虚线PQ所示,边界右侧存在范围足够大的匀强磁场,其磁感应强度大小为B、方向竖直向下。时刻,箱子在水平向右的恒力F(大小未知)作用下由静止开始做匀加速直线运动,这时箱子左侧壁上距离箱底h处、质量为m的木块(视为质点)恰好能与箱子保持相对静止。箱子右侧壁进入磁场瞬间,木块与箱子分离;箱子完全进入磁场前某时刻,木块落到箱子底部,且箱子与木块均不反弹(木块下落过程中与箱子侧壁无碰撞);木块落到箱子底部时即撤去F。运动过程中,箱子右侧壁始终与磁场边界平行,忽略箱壁厚度、箱子形变、导线粗细及空气阻力。木块与箱子内壁间的动摩擦因数为μ,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。
(1)求F的大小;
(2)求时刻,箱子右侧壁距磁场边界的最小距离;
(3)若时刻,箱子右侧壁距磁场边界的距离为s(s大于(2)问中最小距离),求最终木块与箱子的速度大小。
【答案】(1)
(2)
(3)见解析
【知识点】整体法与隔离法解连接体问题
、线框进出磁场产生的等效电路相关计算(E
、I
、F
、U
、P)
、牛顿第二定律的简单应用
、牛顿定律与直线运动-复杂过程
、动量定理的内容
该题有详细解析可以查阅
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