Question

（2007?銅山縣模擬）矩形裸導(dǎo)線框長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度為2l，短邊的長(zhǎng)度為l，在兩個(gè)短邊上均接有阻值為R的電阻，其余部分電阻均不計(jì)．導(dǎo)線框的位置如圖所示，線框內(nèi)的磁場(chǎng)方向及分布情況如圖，大小為B=B0cos(

πx

2l

)．一電阻為R的光滑導(dǎo)體棒AB與短邊平行且與長(zhǎng)邊始終接觸良好．起初導(dǎo)體棒處于x=0處，從t=0時(shí)刻起，導(dǎo)體棒AB在沿x方向的外力F的作用下做速度為v的勻速運(yùn)動(dòng)．試求：
（1）導(dǎo)體棒AB從x=0運(yùn)動(dòng)到x=2l的過(guò)程中外力F隨時(shí)間t變化的規(guī)律；
（2）導(dǎo)體棒AB從x=0運(yùn)動(dòng)到x=2l的過(guò)程中整個(gè)回路產(chǎn)生的熱量．

Answer 1

分析：（1）導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)，其坐標(biāo)為x=vt，由e=Blv求出導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)閉合電路歐姆定律求出 通過(guò)AB棒的感應(yīng)電流i，由F_安=Bil求安培力，即可由平衡條件求得外力與t關(guān)系的表達(dá)式；
（2）導(dǎo)體棒AB在切割磁感線的過(guò)程中產(chǎn)生半個(gè)周期的正弦交流電，由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式，求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值，由焦耳定律求出熱量．

解答：解：（1）在t時(shí)刻AB棒的坐標(biāo)為x=vt
導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e=Blv=B0lvcos

πvt

2l

回路的總電阻 R總=R+

1

2

R=

3

2

R
回路感應(yīng)電流 i=

e

R

=

2B0lvcos2 πvt l

3R

棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)有F=F_安=Bil
解得：F=

2 B 2 0 l2vcos2( πvt 2l )

3R

(0≤t≤

2l

v

)
（2）導(dǎo)體棒AB在切割磁感線的過(guò)程中產(chǎn)生半個(gè)周期的正弦交流電
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為 E=

2

2

B0lv
回路產(chǎn)生的電熱Q=

E2

R總

t
通電時(shí)間t=

2l

v

聯(lián)立解得Q=

2 B 2 0 l3v

3R

答：
（1）導(dǎo)體棒AB從x=0運(yùn)動(dòng)到x=2l的過(guò)程中外力F隨時(shí)間t變化的規(guī)律為F=

2 B 2 0 l2vcos2( πvt 2l )

3R

(0≤t≤

2l

v

)；
（2）導(dǎo)體棒AB從x=0運(yùn)動(dòng)到x=2l的過(guò)程中整個(gè)回路產(chǎn)生的熱量為

2 B 2 0 l3v

3R

．

點(diǎn)評(píng)：本題是產(chǎn)生正弦式電流的一種方式，關(guān)鍵要掌握電磁感應(yīng)和電路的基本規(guī)律，知道由有效值求熱量．