Question

如甲圖所示，在光滑水平面上，正方形導(dǎo)線框abed，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，電阻為R，在水平拉力的作用下，以恒定的速度大小v從勻強(qiáng)磁場(chǎng)的左區(qū)完全拉進(jìn)右區(qū)（導(dǎo)線框ab邊始終與磁場(chǎng)的邊界平行）．左右區(qū)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向垂直線框向下，中間有寬度為

L

2

的無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域，求：

（1）在整個(gè)過(guò)程中．水平拉力做的功．
（2）規(guī)定線圈中順時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼�方向，在乙圖中畫(huà)出從ab邊剛好出磁場(chǎng)左區(qū)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到dc如邊剛好進(jìn)入磁場(chǎng)右區(qū)為止，線圈中的感應(yīng)電流的，I-t圖象．（要求在圖中標(biāo)出各段的電流值及時(shí)間值）

Answer 1

分析：（1）本題應(yīng)分段進(jìn)行研究：當(dāng)只有一條邊磁場(chǎng)中時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流E=BLv，感應(yīng)電流I=

E

R

，由公式F=BIL求出安培力，由于線框勻速運(yùn)動(dòng)，水平拉力與安培力平衡，即可求得拉力，由功的公式W=Fl求出拉力做功；當(dāng)兩條邊磁切割磁感線時(shí)，沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，不需要拉力．
（2）由楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向，分段畫(huà)出感應(yīng)電流的圖象．

解答：解：（1）當(dāng)只有一條邊磁場(chǎng)中時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv，感應(yīng)電流 I=

E

R

=

BLv

R

，線框所受的安培力大小F_安=BIL=

B2L2v

R

有感應(yīng)電流時(shí)，水平拉力與安培力平衡，F(xiàn)=F_安=

B2L2v

R

線圈發(fā)生總位移為L(zhǎng)，水平拉力做功即為克服安培力所做功
∴W=F?L=

B2L3v

R

（2）當(dāng)cd切割磁感線時(shí)，根據(jù)楞次定律判斷得知感應(yīng)電流方向沿順時(shí)針?lè)较�，為正方向；�?dāng)ab切割磁感線時(shí)，根據(jù)楞次定律判斷得知感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針?lè)较颍瑸樨?fù)方向；當(dāng)兩條邊都在磁場(chǎng)中時(shí)，沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，作出I-t圖象如圖所示．
答：
（1）在整個(gè)過(guò)程中．水平拉力做的功為

B2L3v

R

．
（2）作出I-t圖象如圖所示．

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于電磁感應(yīng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、安培力公式求出安培力與速度的表達(dá)式，根據(jù)導(dǎo)體棒的狀態(tài)，由平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律求外力是基本思路．