Question

【題目】如圖（a）所示，一端封閉的兩條平行光滑導軌相距L，距左端L處的中間一段被彎成 半徑為H的1/4圓弧，導軌左右兩段處于高度相差H的水平面上。圓弧導軌所在區(qū)域無磁場，右段區(qū)域存在磁場B0，左段區(qū)域存在均勻分布但隨時間線性變化的磁場B（t），如圖（b）所示，兩磁場方向均豎直向上。在圓弧頂端，放置一質(zhì)量為m的金屬棒ab，與導軌左段形成閉合回路，從金屬棒下滑開始計時，經(jīng)過時間t0滑到圓弧底端。設金屬棒在回路中的電阻為R，導軌電阻不計，重力加速度為g。

⑴問金屬棒在圓弧內(nèi)滑動時，回路中感應電流的大小和方向是否發(fā)生改變？為什么？

⑵求0到時間t0內(nèi)，回路中感應電流產(chǎn)生的焦耳熱量。

⑶探討在金屬棒滑到圓弧底端進入勻強磁場B0的一瞬間，回路中感應電流的大小和方向。

Answer 1

【答案】見解析

【解析】

（1）感應電流的大小和方向均不發(fā)生改變。因為金屬棒滑到圓弧任意位置時，回路中磁通量的變化率相同。

（2）0—t0時間內(nèi)，設回路中感應電動勢大小為E0，感應電流為I，感應電流產(chǎn)生的焦耳熱為Q，由法拉第電磁感應定律：

根據(jù)閉合電路的歐姆定律：由焦定律及②③有：

（3）設金屬進入磁場B0的瞬間，速度為v，

金屬棒在圓弧區(qū)域下滑的過程中，機械能守恒：

根據(jù)法拉第電磁感應定律，金屬棒進入磁場B0區(qū)域瞬間產(chǎn)生的感應電動勢大小為E，則：方向為

而左端磁場的感應電動勢為,方向為由閉合電路歐姆定律，求得感應電流：

根據(jù)⑦討論：I.當時，I=0；

II.當時，，方向為；

III.當時，，方向為。