Question

如图所示，由7根长度都是L的金属杆连接成的一个“日”字型的矩形金属框abcdef，放在纸面所在的平面内．有一个宽度也为L的匀强磁场，磁场边界跟cd杆平行，磁感应强度的大小是B，方向垂直于纸面向里，金属杆af、be、cd的电阻都为r，其他各杆的电阻不计，各杆端点间接触良好．现以速度v匀速地把金属框从磁场的左边界水平向右拉，从cd杆刚进入磁场瞬间开始计时，求：
（1）cd杆在磁场中运动的过程中，通过af杆的电流；
（2）从开始计时到金属框全部通过磁场的过程中，金属框中电流所产生的总热量Q．

Answer 1

【答案】分析：（1）分析电路的结构，画出等效电路，根据电磁感应定律求出感应电动势，根据电路的知识求出电流．
（2）由于金属杆af、be、cd的电阻都为r，无论是那一根杆在磁场中运动，其他两杆都是并联，整个电路总电阻都相等，整个金属框产生的热量也相同，由公式Q=IEt求解热量．
解答：解：（1）cd杆切割磁感线产生的电动势 E=BLv
此时的等效电路如图所示，则be、af并联，由闭合电路欧姆定律I=得，通过干路bc的电流为
   I==
故通过af杆的电流I_af==
（2）无论是那一根杆在磁场中运动，其他两杆都是并联，故等效电路与上图相同，整个金属框产生的热量也相同．                    
因金属框匀速运动，切割磁感线产生的电能全部转化为热能，故cd杆在磁场中运动时，金属框产生的总热量为                       
  Q=IEt=?BLv?=
因此，从开始计时到金属框全部通过磁场的过程中，金属框中电流所产生的总热量Q=3Q=
答：
（1）cd杆在磁场中运动的过程中，通过af杆的电流是；
（2）从开始计时到金属框全部通过磁场的过程中，金属框中电流所产生的总热量Q是．
点评：本题考查了电磁感应与电路的结合，解决该题要掌握热量的求解方法．