Question

如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0.2T，磁場(chǎng)寬度 L=0.3m，一正方形金屬框邊長(zhǎng) ab=0.1m，每邊電阻R=0.2Ω，金屬框在拉力F作用下以v=10m/s的速度勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)，其平面始終保持與磁感線方向垂直．求：
（1）畫(huà)出金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流i和a、b兩端電壓U_ab隨時(shí)間t的變化圖線（規(guī)定以adcba為正方向）；
（2）金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，拉力F做的功；
（3）金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，導(dǎo)線ab上所產(chǎn)生的熱量．

Answer 1

（1）線框勻速穿過(guò)磁場(chǎng)，進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小相等，都為 i=

Blabv

R

=

0.2×0.1×10

0.8

A=0.25A，根據(jù)楞次定律可知，進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向沿adcba，是正值；穿出磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向沿abcda，為負(fù)值．  



進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程，a、b兩端電壓為 Uab1=

3

4

Blabv=0.15V   
完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，a、b兩端電壓為 U_ab2=Bl_abv=0.2V   
穿出磁場(chǎng)過(guò)程，a、b兩端電壓為  Uab3=

1

4

Blabv=0.05V 
畫(huà)出金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流i隨時(shí)間t的變化圖線如圖所示
（2）金屬框進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中，所受的安培力大小為 F=BIlab=

B2 l 2ab v

R

=

0.22×0.12×10

0.8

N=5×10-3N   
由平衡條件得，拉力大小為 F_拉=F=5×10^-3N   
拉力做功為 W=F_拉×2l_bc=5×10^-3×2×0.1=1×10^-3J      
（3）根據(jù)能量守恒得導(dǎo)線ab上所產(chǎn)生的熱量為  Q_ab=

1

4

W=2.5×10^-4J           
答：（1）畫(huà)出金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中，金屬框內(nèi)感應(yīng)電流i隨時(shí)間t的變化圖線如圖所示．
（2）畫(huà)出兩端電壓U_ab隨時(shí)間t的變化圖線如圖所示．
（3）金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，拉力F做的功為1×10^-3J．
（4）金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，導(dǎo)線ab上所產(chǎn)生的熱量是2.5×10^-4J．