Question

11．如圖1所示，有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，電阻為R的正方形導(dǎo)線框，以水平向右的速度v勻速穿過寬度為2L的磁場(chǎng)．t=0時(shí)刻線框的ab邊剛好進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)，該勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里．求：
（1）求進(jìn)入過程和出磁場(chǎng)過程ab兩點(diǎn)間的電壓．
（2）請(qǐng)?jiān)谝?guī)定的坐標(biāo)系上如圖2畫出從0到$\frac{4L}{v}$時(shí)間內(nèi)，a、b兩點(diǎn)間電壓隨時(shí)間t的變化圖線．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)閉合電路的歐姆定律求解ab兩點(diǎn)電勢(shì)差；
（2）分四段時(shí)間進(jìn)行研究．當(dāng)只有ab切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，ab相當(dāng)于電源，a、b兩點(diǎn)間電壓等于路端電壓，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv，由歐姆定律求出路端電壓；當(dāng)ab、cd兩邊都切割磁感線時(shí)，電路中沒有電流，ab電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)只有cd切割磁感線時(shí)，a、b兩點(diǎn)間電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的$\frac{1}{4}$．先計(jì)算后畫圖象．

解答 解：（1）進(jìn)入過程中ab切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv，此時(shí)ab兩點(diǎn)間的電壓U_ab=$\frac{3}{4}E=\frac{3}{4}BLv$；
出磁場(chǎng)的過程中dc切割磁感應(yīng)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv，此時(shí)ab兩點(diǎn)間的電壓U_ab=$\frac{1}{4}E=\frac{1}{4}BLv$；
（2）在0-$\frac{L}{v}$時(shí)間內(nèi)，線框進(jìn)入磁場(chǎng)過程，ab切割磁感線，相當(dāng)于電源，則a、b兩點(diǎn)間電壓等于路端電壓，即為$\frac{3}{4}BLv$；
在$\frac{L}{v}-\frac{2L}{v}$時(shí)間時(shí)間內(nèi)，線框完全進(jìn)入磁場(chǎng)，ab、cd切割磁感線，電流沒有感應(yīng)電流，a、b兩點(diǎn)間電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即為BLv；
在$\frac{2L}{v}-\frac{3L}{v}$時(shí)間時(shí)間內(nèi)，線框穿出磁場(chǎng)，cd切割磁感線，a、b兩點(diǎn)間電壓為$\frac{1}{4}BLv$；
在$\frac{3L}{v}-\frac{4L}{v}$時(shí)間時(shí)間內(nèi)，線框完全穿出磁場(chǎng)，回路中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，則a、b兩點(diǎn)間電壓為0．
作出圖象如圖所示．

答：（1）進(jìn)入過程ab兩點(diǎn)間的電壓為$\frac{3}{4}BLv$，出磁場(chǎng)的過程中ab兩點(diǎn)電壓為$\frac{1}{4}BLv$．
（2）a、b兩點(diǎn)間電壓隨時(shí)間t的變化圖線見解析．

點(diǎn)評(píng) 本題的解題關(guān)鍵是區(qū)分ab間的電壓是路端電壓還是電源的內(nèi)電壓，根據(jù)E=BLv和歐姆定律結(jié)合進(jìn)行研究．