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精英家教网如图甲所示,电阻不计,间距为l的平行长金属导轨置于水平面内,阻值为R的导体棒ab固定连接在导轨左端,另一阻值也为R的导体棒ef垂直放置到导轨上,ef与导轨接触良好,并可在导轨上无摩擦移动.现有一根轻杆一端固定在ef中点,另一端固定于墙上,轻杆与导轨保持平行,ef、ab两棒间距为d.若整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中,且从某一时刻开始,磁感应强度B随时间t按图乙所示的方式变化.
(1)求在0~t0时间内流过导体棒ef的电流的大小与方向;
(2)求在t0-2t0时间内导体棒ef产生的热量;
(3)1.5t0时刻杆对导体棒ef的作用力的大小和方向.
分析:(1)根据法拉第电磁感应定律,闭合电路欧姆定律与楞次定律,即可求解;
(2)根据法拉第电磁感应定律,与焦耳定律,即可求解;
(3)根据安培力的表达式,及受力平衡状态,即可求解.
解答:解:(1)在0~t0时间内,磁感应强度的变化率
△B
△t
=
B0
t0

产生感应电动势的大小:E1=
△?
△t
=
△B
△t
S=
B0ld
t0

流过导体棒ef的电流大小:I1=
E1
2R
=
B0ld
2Rt0

有楞次定律可判断电流方向为e→f
(2)在t0~2t0时间内,磁感应强度的变化率
△B
△t
=
2B0
t0

产生感应电动势的大小E2=
△?
△t
=
△B
△t
ld=
2B0ld
t0

流过导体棒ef的电流大小I2=
E2
2R
=
B0ld
Rt0

时间内导体棒ef产生的热量Q=
I
2
2
Rt0=
B
2
0
l2d2
Rt0

(3)在t~1.5t0时,磁感应强度B=B0
Ef棒受安培力:F=B2I2l2=B0I2l=
B
2
0
l2d 
Rt0

方向水平向左:
根据导体棒受力平衡,杆对导体棒的作用力为F′=-F=-
B
2
0
l2d 
Rt0

方向为向右的拉力
答:(1)则在0~t0时间内流过导体棒ef的电流的大小
B0ld
2Rt0
与方向e→f;
(2)则在t0-2t0时间内导体棒ef产生的热量
B
2
0
l2d2
Rt0
;
(3)1.5t0时刻杆对导体棒ef的作用力的大小-
B
2
0
l2d 
Rt0
和方向向右的拉力.
点评:考查法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、楞次定律及焦耳定律等规律的应用,掌握受力平衡条件.
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