Question

如圖所示，U形導(dǎo)線框MNQP水平放置在 磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T的勻強(qiáng)磁場中，磁感線方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，導(dǎo)線MN和PQ足夠長，間距為L=0.5m，橫跨在導(dǎo)線框上的導(dǎo)體棒ab的質(zhì)量m=0.1kg，電阻r=1.0Ω，接在NQ間的電阻R=4.0Ω，電壓表為理想電表，其余電阻不計(jì)．若導(dǎo)體棒在水平外力作用下以速度ν=2.0m/s向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)線框間的摩擦．求：
（1）通過導(dǎo)體棒ab的電流大小和方向；
（2）電壓表的示數(shù)；
（3）若某一時(shí)刻撤去水平外力，則從該時(shí)刻起，在導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)的過程中，回路中產(chǎn)生的熱量．

Answer 1

分析：（1）導(dǎo)體棒ab切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)右手定則判斷ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向，再由右手定則分析通過電阻R的電流方向．
（2）電壓表測量電阻R兩端的電壓．由E=BLv求出導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的分配求解電阻R兩端的電壓．
（3）根據(jù)能量守恒，求解回路中產(chǎn)生的熱量．

解答：解：（1）感應(yīng)電動(dòng)勢：
E=BLv=0.2×0.5×2.0V=0.2V                               
感應(yīng)電流為：
I=

E

R+r

=

0.2

5

A=0.04A
由右手定則判斷通過導(dǎo)體棒的電流方向?yàn)閎到a            
（2）電壓表的示數(shù)為：
U=IR=0.04×4.0V=0.16V                         
（3）撤去水平拉力后，導(dǎo)體棒作減速運(yùn)動(dòng)，最終停止運(yùn)動(dòng)．則根據(jù)能量守恒得：
Q=

1

2

mv2=

1

2

×0.1×2.0²J=0.2J                     
故回路中產(chǎn)生的熱量為0.2J．
答：（1）通過導(dǎo)體棒ab的電流大小為0.04A，方向?yàn)閎到a；
（2）電壓表的示數(shù)為0.16V；
（3）若某一時(shí)刻撤去水平外力，則從該時(shí)刻起，在導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)的過程中，回路中產(chǎn)生的熱量為0.2J．

點(diǎn)評：本題是電磁感應(yīng)與電路知識(shí)的綜合，常規(guī)題．對于電磁感應(yīng)中復(fù)雜的電路問題常常要畫等效電路研究．