Question

如圖所示，P、Q為水平面內(nèi)平行放置的光滑金屬長(zhǎng)直導(dǎo)軌，間距為L(zhǎng)₁，處在豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B₁的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．一導(dǎo)體桿ef垂直P(pán)、Q放在導(dǎo)軌上，在外力作用下向左做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．質(zhì)量為 m、每邊電阻均為r、邊長(zhǎng)為L(zhǎng)₂的正方形金屬框 abcd 置于豎直平面內(nèi)，兩頂點(diǎn) a、b通過(guò)細(xì)導(dǎo)線(xiàn)（重力不計(jì)）與導(dǎo)軌相連，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B₂的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直金屬框向里，金屬框恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)．不計(jì)其余電阻和細(xì)導(dǎo)線(xiàn)對(duì)a、b點(diǎn)的作用力．則
（1）判斷流過(guò)dc邊電流的方向；
（2）通過(guò) ab 邊的電流I_ab是多大？
（3）導(dǎo)體桿 ef 的運(yùn)動(dòng)速度v是多大？

Answer 1

分析：（1）根據(jù)右手定則判斷ef中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向，再判斷流過(guò)dc邊電流的方向；
（2）ef相當(dāng)于電源，金屬框相當(dāng)于外電路，ab與dc并聯(lián)，根據(jù)電阻關(guān)系分析電流關(guān)系．金屬框恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力與安培力平衡，分別列出ab邊與dc邊所受的安培力，由平衡條件求出電流I_ab．
（3）根據(jù)歐姆定律求出ef中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再E=BLv公式求出 ef 的運(yùn)動(dòng)速度v．

解答：解：（1）根據(jù)右手定則判斷出導(dǎo)體桿ef產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)閑到f，則流過(guò)dc邊電流的方向是d到c                           
（2）設(shè)通過(guò)正方形金屬框的總電流為I，ab邊的電流為I_ab，dc邊的電流為I_dc
          Iab=

3

4

I　　①
   　　   Idc=

1

4

I　�、�
金屬框受重力和安培力作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，有
  mg=F_ab+F_dc=B₂I_abL₂+B₂I_dcL₂③
聯(lián)立①②③得　Iab=

3mg

4B2L2

                          
（3）由（2）可得　I=

mg

B2L2

　�、�
導(dǎo)體桿在切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)有E=B₁L₁v　　　　⑤
金屬框在回路中的總電阻為R=

3r?r

3r+r

=

3

4

r    ⑥
根據(jù)全電路歐姆定律，有　I=

E

R

             ⑦
聯(lián)立④～⑦式可得：v=

3mgr

4B1B2L1L2

                    
答：
（1）流過(guò)dc邊電流的方向d到c；
（2）通過(guò) ab 邊的電流Iab=

3mg

4B2L2

．
（3）導(dǎo)體桿 ef 的運(yùn)動(dòng)速度v=

3mgr

4B1B2L1L2

．

點(diǎn)評(píng)：本題是電磁感應(yīng)、電路和磁場(chǎng)的綜合，要區(qū)分出來(lái)電源和外電路．金屬框是一個(gè)并聯(lián)外電路．