Question

（2011?江蘇模擬）如圖甲所示，質(zhì)量m=6.0×10^-3kg，邊長(zhǎng)L=0.20m，電阻R=1.0歐的正方形單匝金屬線框abcd，置于請(qǐng)教等于30°的絕緣斜面上，ab邊沿著水平方向，線框的下半部分處于垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按圖乙所示的規(guī)律周期性變化，線框在斜面上始終保持靜止，g=10m/s²，求：

（1）在2.0×10^-2～4.0×10^-2s時(shí)間內(nèi)線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小
（2）在t=3.010-2s時(shí)間內(nèi)線框受到斜面的摩擦力的大小和方向
（3）一個(gè)周期內(nèi)感應(yīng)電流在線框中產(chǎn)生的平均電功率．

Answer 1

分析：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求出線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．
根據(jù)歐姆定律求出感應(yīng)電流．
對(duì)線框受力分析，將重力分解，根據(jù)平衡狀態(tài)的條件求出摩擦力．
求出一個(gè)周期的電功再求出平均功率．

解答：解：（1）線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E₁，感應(yīng)電流為I₁，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得：
E₁=

△Φ1

△t1

=

L2△B

2△t1

I₁=

E1

R

代入數(shù)據(jù)得E₁=0.40V，I₁=0.40A 
（2）在t=3.0×10^-2s時(shí)，受到的安培力  F₁=B₁I₁L
代入數(shù)據(jù)得F₁=1.6×10^-2N
設(shè)此時(shí)線框受到的摩擦力大小為F_f，對(duì)線框受力分析：線框受重力、支持力、沿斜面向下的安培力、沿斜面向上的摩擦力．將重力分解，根據(jù)平衡狀態(tài)的條件，在沿斜面方向上得：
mgsinα+F₁-F_f=0  
代入數(shù)據(jù)得 F_f=4.6×10^-2N，摩擦力方向沿斜面向上．
（3）在0～1.0×10^-2s時(shí)間內(nèi)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
E₁=

△Φ2

△t2

=

L2△B

2△t2

代入數(shù)據(jù)得 E₂=0.80V  
設(shè)磁場(chǎng)變化周期為T，線框中的電功率為P，則

E 2 1

R

?

T

2

+

E 2 2

R

?

T

4

=PT   （其中1.0×10^-2s～2.0×10^-2s時(shí)間內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，線框中也就無(wú)感應(yīng)電流）
代入數(shù)據(jù)得   P=0.24W  
答：（1）在2.0×10^-2s～4.0×10^-2s時(shí)間內(nèi)線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流的大小為0.4A．
（2）在t=3.0×10^-2s時(shí)間內(nèi)線框受到斜面的摩擦力的大小為4.6×10^-2N，方向是沿斜面向上．
（3）一個(gè)周期內(nèi)感應(yīng)電流在線框中產(chǎn)生的平均電功率為0.24W．

點(diǎn)評(píng)：通過(guò)圖象分析B的變化規(guī)律，并能夠求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率．
將電磁感應(yīng)和電路問(wèn)題、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題結(jié)合起來(lái)解決問(wèn)題．