Question

兩根相距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌豎直放置，上端通過導(dǎo)線連接阻值為R的電阻，棒與上端距離為h，電路中除R外其它電阻不計(jì)．整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面的磁場(chǎng)中，重力加速度為g．

（1）若固定AB棒，磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B隨時(shí)間t按圖乙所示的規(guī)律變化，求AB棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的大小
（2）若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B₀，使AB棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下落，其速度υ隨時(shí)間t按圖丙的規(guī)律變化，求AB棒的質(zhì)量
（3）在AB棒由靜止開始下落的同時(shí)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從B₀開始變化，要使AB棒中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，求B隨時(shí)間變化規(guī)律．

Answer 1

分析：（1）回路的面積不變，磁場(chǎng)變，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=n

△Φ

△t

=

△B

△t

S求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再根據(jù)閉合電路歐姆定律求出感應(yīng)電流．
（2）棒AB受重力和安培力，向下運(yùn)動(dòng)的過程中，速度增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，感應(yīng)電流增大，安培力增大，加速度減小，即棒AB做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度減小為0時(shí)，速度達(dá)到最大，然后做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（3）要使AB棒中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，只要穿過閉合回路的磁通量不變，棒AB僅受重力做自由落體運(yùn)動(dòng)，根據(jù)磁通量不變，列出方程，求出B隨時(shí)間的變化規(guī)律．

解答：解：（1）由法拉第電磁感應(yīng)定律得：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=n

△Φ

△t

=

△B

△t

S=

B0Lh

t0

．
根據(jù)閉合電路歐姆定律得：I=

E

R

=

B0Lh

t0R

．
（2）當(dāng)加速度a=0時(shí)，速度達(dá)到最大．有：
mg=BIL
I=

B0Lv0

R

所以mg=

B02L2v0

R

，
故AB棒的質(zhì)量m=

B02L2v0

Rg

．
（3）當(dāng)穿過閉合回路中的磁通量不變時(shí)，AB棒中無感應(yīng)電流．
棒子僅受重力做自由落體運(yùn)動(dòng)，有：B0Lh=BL(h+

1

2

gt2)，
所以B=

B0h

h+ 1 2 gt2

=

2B0h

2h+gt2

．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵掌握法拉第電磁感應(yīng)定律E=n

△Φ

△t

=

△B

△t

S，以及要使AB棒中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，抓住穿過回路的磁通量不變．