Question

7．兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置，導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．導(dǎo)體棒AB和CD放置于導(dǎo)軌平面上且垂直于兩條導(dǎo)軌，兩導(dǎo)體棒質(zhì)量均為m，長(zhǎng)均為L(zhǎng)，電阻均為R且與導(dǎo)軌接觸良好．導(dǎo)體棒AB在寬度為a，磁感應(yīng)強(qiáng)度B₁隨時(shí)間均勻增加的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，距磁場(chǎng)的下邊界距離為b，如圖所示．導(dǎo)體棒CD處于磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為B₂的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中恰好保持靜止．導(dǎo)體棒AB在外力作用下始終保持靜止，重力加速度為g．
（1）求通過(guò)導(dǎo)體棒CD的電流大小和方向；
（2）導(dǎo)體棒AB所在處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率$\frac{△{B}_{1}}{△t}$．

Answer 1

分析 （1）導(dǎo)體棒CD靜止，處于平衡狀態(tài)，應(yīng)用平衡條件可以求出感應(yīng)電流大小，應(yīng)用左手定則可以判斷出電流方向．
（2）應(yīng)用歐姆定律求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小，然后應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率．

解答 解：（1）導(dǎo)體棒CD靜止處于平衡狀態(tài)，由平衡條件可知，
導(dǎo)體棒所受安培力方向豎直向上，由左手定則可知，電流從D流向C；
導(dǎo)體棒受到的安培力：F=BIL，
由平衡條件得：mg=B₂L，
電流：I=$\frac{mg}{{B}_{2}L}$；
（2）由歐姆定律可知，
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E=I（R+R）=$\frac{2mgR}{{B}_{2}L}$，
由法拉第電磁感應(yīng)定律得：
E=$\frac{△Φ}{△t}$=$\frac{△{B}_{1}}{△t}$S=$\frac{△{B}_{1}}{△t}$Lb，
則：$\frac{△{B}_{1}}{△t}$Lb=$\frac{2mgR}{{B}_{2}L}$，
解得：$\frac{△{B}_{1}}{△t}$=$\frac{2mgR}{b{B}_{2}{L}^{2}}$；
答：（1）通過(guò)導(dǎo)體棒CD的電流大小為$\frac{mg}{{B}_{2}L}$，方向：由D流向C
（2）導(dǎo)體棒AB所在處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率$\frac{△{B}_{1}}{△t}$為$\frac{2mgR}{b{B}_{2}{L}^{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了求感應(yīng)電流大小與方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率，分析清楚題意，應(yīng)用平衡條件、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律可以解題．