Question

【題目】如圖（A）所示，固定于水平桌面上的金屬架cdef，處在一豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感強(qiáng)度的大小為B0，金屬棒ab擱在框架上，可無摩擦地滑動(dòng)，此時(shí)adeb構(gòu)成一個(gè)邊長為l的正方形，金屬棒的電阻為r，其余部分的電阻不計(jì)。從t=0的時(shí)刻起，磁場開始均勻增加，磁感強(qiáng)度變化率的大小為k（k=）。求：

（1）用垂直于金屬棒的水平拉力F使金屬棒保持靜止，寫出F的大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系式。

（2）如果豎直向下的磁場是非均勻增大的（即k不是常數(shù)），金屬棒以速度v0向什么方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可使金屬棒中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流，寫出該磁感強(qiáng)度Bt隨時(shí)間t變化的關(guān)系式。

（3）如果非均勻變化磁場在0—t1時(shí)間內(nèi)的方向豎直向下，在t1—t2時(shí)間內(nèi)的方向豎直向上，若t=0時(shí)刻和t1時(shí)刻磁感強(qiáng)度的大小均為B0，且adeb的面積均為l2。當(dāng)金屬棒按圖（B）中的規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，為使金屬棒中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流，請?jiān)趫D（C）中示意地畫出變化的磁場的磁感強(qiáng)度Bt隨時(shí)間變化的圖像（t1-t0=t2-t1<）

Answer 1

【答案】（1） ；方向向右；（2）（3）如圖；

【解析】（1）

因?yàn)榻饘侔羰冀K靜止，在t時(shí)刻磁場的磁感強(qiáng)度為Bt=B0+kt，所以

；方向向右

（2）根據(jù)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，為使回路中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，回路中磁通量的變化應(yīng)為零，因?yàn)榇鸥袕?qiáng)度是逐漸增大的，所以金屬棒應(yīng)向左運(yùn)動(dòng)（使磁通量減小）

即：Δφ=0，即Δφ=BtSt-B0S0，

也就是Btl（l-vt）=B0l2

得

（3）如果金屬棒的右勻速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檫@時(shí)磁感強(qiáng)度是逐漸減小的，同理可推得，

所以磁感強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖像如右圖（t2時(shí)刻Bt不為零）