Question

如圖所示，I、III為兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，I區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，III區(qū)域的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，磁感強(qiáng)度均為B，兩區(qū)域中間為寬S的無(wú)磁場(chǎng)區(qū)II，有邊長(zhǎng)為L(zhǎng)（L＞S），電阻R的正方形金屬框abcd置于I區(qū)域，ab邊與磁場(chǎng)邊界平行，現(xiàn)拉著金屬框以速度v向右勻速移動(dòng)．試求：
（1）當(dāng)ab邊剛進(jìn)入中央無(wú)磁場(chǎng)區(qū)II時(shí)，通過(guò)ab的電流的大小和方向；
（2）當(dāng)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)III時(shí)，通過(guò)ab的電流的大小和方向；
（3）把金屬框從I區(qū)域完全拉入III區(qū)域過(guò)程中拉力所做的功．

Answer 1

分析：（1）當(dāng)ab邊剛進(jìn)入中央無(wú)磁場(chǎng)區(qū)Ⅱ，cd邊在磁場(chǎng)區(qū) 內(nèi)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)E=BLv和歐姆定律求出感應(yīng)電流，由右手定則判斷感應(yīng)電流的方向；
（2）ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)Ⅲ時(shí)，ab邊、cd邊都切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，運(yùn)用同樣的方法求解感應(yīng)電流的大小和方向．
（3）金屬框勻速運(yùn)動(dòng)中，拉力與安培力平衡，根據(jù)FA=

B2L2v

R

求出安培力，即得到拉力大小，再由功的公式求解拉力做功

解答：解：（1）ab邊剛進(jìn)入中央無(wú)磁均區(qū)Ⅱ時(shí)，cd邊在磁場(chǎng)區(qū) 內(nèi)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv，
感應(yīng)電流大小為I1=

BLv

R

由右手定則，方向badcb．
（2）ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)Ⅲ時(shí)，ab邊、cd邊都切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)且都為順時(shí)針?lè)较�，大小都為BLv，
所以感應(yīng)電流為I2=

2BLv

R

方向badcb．
（3）在ab邊穿過(guò)寬為s的Ⅱ區(qū)過(guò)程中，cd邊受安培力F1=BI1L=

B2L2v

R

由于勻速運(yùn)動(dòng)，拉力大小等于安培力，所以拉力做功W1=F1S=

B2L2v

R

S
當(dāng)ab邊進(jìn)入Ⅲ區(qū)、cd邊未進(jìn)入Ⅱ區(qū)過(guò)程中，ab邊、cd邊都受安培F2=BI2L=

2B2L2v

R

勻速拉動(dòng)外力應(yīng)等于2F₂，通過(guò)距離為（L-s），故拉力做功為W2=2F2S=4

B2L2v

R

(L-S)
當(dāng)cd邊通過(guò)Ⅱ區(qū)過(guò)程中，只有ab邊受安培力，且F₃=F₁，距離為s，拉力做功為W3=F3S=

B2L2v

R

S
當(dāng)線圈完全進(jìn)入Ⅲ區(qū)后，無(wú)感應(yīng)電流，不受安培力，拉力為零，不做功，所以總功為W=W1+W2+W3=

4B2L2v(L- S 2 )

R

答：
（1）當(dāng)ab邊剛進(jìn)入中央無(wú)磁場(chǎng)區(qū)Ⅱ時(shí)感應(yīng)電流大小為

BLv

R

方向badcb．
（2）剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)Ⅲ時(shí)，通過(guò)ab邊的電流大小為

2BLv

R

方向badcb．
（3）求金屬框從區(qū)域I完全進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅲ過(guò)程中拉力所做的功為

4B2L2v(L- S 2 )

R

點(diǎn)評(píng)：本題要注意的是當(dāng)ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域III時(shí)，ab、cd都切割磁感線產(chǎn)生兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而且串聯(lián)，電路中的總電動(dòng)勢(shì)為E_總=2E=2BLv．