Question

如圖1-2-20所示，半徑為R的圓形導(dǎo)軌處在垂直于圓平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向內(nèi).一根長(zhǎng)度略大于導(dǎo)軌直徑的導(dǎo)體棒MN以速率v在圓導(dǎo)軌上從左端滑到右端，電路中的定值電阻為r，其余電阻不計(jì).導(dǎo)體棒與圓形導(dǎo)軌接觸良好.求：

圖1-2-20

(1)在滑動(dòng)過程中通過電阻r的電流的平均值；

(2)MN從左端到右端的整個(gè)過程中，通過r的電荷量；

(3)當(dāng)MN通過圓導(dǎo)軌中心時(shí)，通過r的電流是多少？

Answer 1

解：導(dǎo)體棒從左向右滑動(dòng)的過程中，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，對(duì)電阻r供電.

(1)計(jì)算平均電流，應(yīng)該用法拉第電磁感應(yīng)定律：整個(gè)過程磁通量的變化為ΔΦ=BS=BπR²，所用的時(shí)間Δt=，代入公式E==，平均電流為==r.

(2)電荷量的運(yùn)算應(yīng)該用平均電流q=Δt=.

(3)當(dāng)MN通過圓形導(dǎo)軌中心時(shí)，切割磁感線的有效長(zhǎng)度最大，l=2R，根據(jù)導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)公式E=Blv得：E=B·2Rv，此時(shí)通過r的電流為I==.

解析：本題考查電磁感應(yīng)與電路相結(jié)合的問題，以及法拉第電磁感應(yīng)定律表達(dá)式的理解.本題粗看是MN在切割磁感線，屬切割問題，但MN有效長(zhǎng)度在不斷變化.用“切割式”難求平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).事實(shí)上，回路中的磁通量在不斷地變化，平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以由磁通量變化求得.對(duì)于通過閉合回路的電荷量，應(yīng)由平均電流求得，即q=Δt.