Question

小明在研究性學習中設計了一種可測量磁感應強度的實驗，其裝置如圖所示．在該實驗中，磁鐵固定在水平放置的電子測力計上，此時電子測力計的讀數為G₁，磁鐵兩極之間的磁場可視為水平勻強磁場，其余區域磁場不計．直銅條AB的兩端通過導線與一電阻連接成閉合回路，總阻值為R.若讓銅條水平且垂直于磁場，以恒定的速率v在磁場中豎直向下運動，這時電子測力計的讀數為G₂，銅條在磁場中的長度為L.

(1)判斷銅條所受安培力的方向，并說明G₁和G₂哪個大；
(2)求銅條勻速運動時所受安培力的大小和磁感應強度的大小．

Answer 1

(1)安培力的方向豎直向上，G₂＞G₁　(2)安培力的大小F＝G₂－G₁　磁感應強度的大小B＝

試題分析：（1）銅條切割磁感線產生感應電動勢，并在閉合回路中產生感應電流。根據右手定則可知，流過銅條的感應電流從B指向A，再利用左手定則可知，銅條受到磁鐵的安培力豎直向上。根據牛頓第三定律，磁鐵受到銅條豎直向下的反作用力，所以G₂＞G₁.
（或者：根據楞次定律，導體棒所受安培力阻礙其相對磁鐵的運動，所以銅條所受安培力的方向向上）
（2）銅條向下勻速運動時，銅條切割磁感線產生的感應電動勢F=BLv，閉合回路中的感應電流，銅條受到豎直向上的安培力F=BIL；
根據牛頓第三定律，磁鐵受到銅條豎直向下的反作用力，大小=F；對磁鐵受力分析并根據平衡條件有，。
聯立解得：F=G₂-G₁，。