题目内容
在水平桌面上,一个面积为S电阻为r的圆形金属框与水平粗糙平行金属导轨连接,置于匀强磁场B中,线框平面与磁场垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图(1)所示.0~1s内磁场方向垂直线框平面向下.导轨上放置一根导体棒,导体棒的长为L、电阻为R,且与导轨接触良好,如图(2)所示.若导体棒始终保持静止,则其所受的静摩擦力f随时间变化的图象是下图中的(设向左为静摩擦力的正方向)( )
分析:导体棒始终保持静止,则导体棒所受的静摩擦力与安培力始终保持平衡,根据法拉第电磁感应定律分别感应电动势,由欧姆定律研究感应电流,由F=BIL研究安培力的大小,由左手定则判断安培力的方向,即可得出导体棒所受的摩擦力情况.
解答:解:研究B变化一个周期内的情况.
在0-1s,磁场方向向下,B增大,则穿过电路的磁通量增大,由楞次定律判断可知,电路中感应电流方向为逆时针,由左手定则判断可知,导体棒所受的安培力方向向左,则导体棒所受的静摩擦力方向向右,为负值;B均匀增大,则磁通量均匀增加,根据法拉第电磁感应定律得知,电路中产生恒定的感应电动势,感应电流也恒定.由F=BIL,则导体棒所受的安培力随着B的均匀增大也均匀增大.
在1-2s,B不变,穿过电路的磁通量不变,没有感应电流产生,导体棒不受安培力,则不受静摩擦力,f=0;
在2-3s,磁场方向向下,B减小,则穿过电路的磁通量减小,由楞次定律判断可知,电路中感应电流方向为顺时针,由左手定则判断可知,导体棒所受的安培力方向向右,则导体棒所受的静摩擦力方向向左,为正值;B均匀减小,则磁通量均匀减小,根据法拉第电磁感应定律得知,电路中产生恒定的感应电动势,感应电流也恒定.由F=BIL,则导体棒所受的安培力随着B的均匀减小也均匀增大.
接着周而复始.故A正确.
故选A
在0-1s,磁场方向向下,B增大,则穿过电路的磁通量增大,由楞次定律判断可知,电路中感应电流方向为逆时针,由左手定则判断可知,导体棒所受的安培力方向向左,则导体棒所受的静摩擦力方向向右,为负值;B均匀增大,则磁通量均匀增加,根据法拉第电磁感应定律得知,电路中产生恒定的感应电动势,感应电流也恒定.由F=BIL,则导体棒所受的安培力随着B的均匀增大也均匀增大.
在1-2s,B不变,穿过电路的磁通量不变,没有感应电流产生,导体棒不受安培力,则不受静摩擦力,f=0;
在2-3s,磁场方向向下,B减小,则穿过电路的磁通量减小,由楞次定律判断可知,电路中感应电流方向为顺时针,由左手定则判断可知,导体棒所受的安培力方向向右,则导体棒所受的静摩擦力方向向左,为正值;B均匀减小,则磁通量均匀减小,根据法拉第电磁感应定律得知,电路中产生恒定的感应电动势,感应电流也恒定.由F=BIL,则导体棒所受的安培力随着B的均匀减小也均匀增大.
接着周而复始.故A正确.
故选A
点评:本题由法拉第电磁感应定律、欧姆定律、楞次定律、安培力公式相结合研究电磁感应现象,从因果关系,按部就班分析.
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