Question

4．如圖所示，一光滑絕緣的半圓面和一根很長的直導線被固定在同一豎直平面內，直導線水平處于半圓面的下方，導線中通有方向向右的恒定電流I，將一銅環(huán)從半圓面左側最高點a從靜止釋放后，銅環(huán)沿著半圓面運動，到達右側的b點為最高點，a、b高度差為△h，已知通電直導線在周圍某一點產生磁場的磁感應強度與該點到導線的距離成反比，下列說法正確的是（　　）

• A． 銅環(huán)在半圓面左側下滑過程，感應電流沿順時針方向
• B． 銅環(huán)第一次經過最低點時感應電流達到最大
• C． 銅環(huán)往返運動第二次到達右側最高點時與b點的高度差小于2△h
• D． 銅環(huán)沿半圓面運動過程，銅環(huán)所受安培力的方向總是與銅環(huán)中心的運動方向相反

Answer 1

分析 根據(jù)安培定則進行分析，明確半圓面所在位置的磁場分布，再根據(jù)楞次定律分析電流的方向，根據(jù)法拉第電磁感應定律分析電流的大小變化情況，由功能關系分析運動的高度，再根據(jù)左手定則分析安培力的方向．

解答 解：A、由安培定則知半圓面內磁場方向為垂直紙面向外，由上至下磁感應強度逐漸增大，銅環(huán)在左側下滑過程中，通過圓環(huán)的磁通量增大，則由楞次定律知感應電流為順時針方向，故A正確；
B、根據(jù)通電直導線產生磁場的特點可知，在同一水平面上磁感應強度是相等的，所以若銅環(huán)的速度為水平時，銅環(huán)內的磁通量變化率為0，感應電流為零，所以銅環(huán)在最低點的感應電流最小，故B錯誤；
C、設銅環(huán)的質量為m，則銅環(huán)第一次從a點運動到b點時，消耗的能量為mg△h；銅環(huán)在豎直方向上的速度越大時，其里面的磁通量變化率越大，產生的感應電流越大，從而產生的焦耳熱越大，消耗的能量越大．顯然銅環(huán)從右往左端返回時，在同一高度，豎直方向上的速度要比第一次從左端到右端的小，所以返回消耗的能量要小于第一次消耗的能量，即小于mg△h；同理，銅環(huán)再從左端運動到右端，消耗的能量更小于mg△h，則銅環(huán)往復運動第二次到達右側最高點時與點b的高度差小于2△h，故C正確；
D、當銅環(huán)沿著半圓面斜向下運動時，根據(jù)對稱性，銅環(huán)左右兩端產生的安培力大小相等，方向相反；而銅環(huán)下半部分產生的安培力要大于上半部分產生的安培力，下半部分產生的安培力的合力方向豎直向上，上半部分產生的安培力的合力豎直向下，所以銅環(huán)所受到的安培力是豎直向上的，顯然與銅環(huán)中心的運動方向不是相反的，故D錯誤；
故選：AC

點評 本題考查法拉第電磁感應定律與能量和受力相結合的題目，要注意明確安培定則的應用，確定磁場方向，再根據(jù)楞次定律以及功能關系進行分析，即可明確圓環(huán)的運動情況．