问题 问答题

如图所示,直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中,ab是一段长为l1=0.6m、单位长度电阻为r=3Ω/m的均匀导线,ac和bc的电阻可不计,bc长度为l2=0.3m.磁场的磁感强度为B=0.5T,方向垂直纸面向里.现有一段长度为L=0.3m、单位长度电阻也为r=3Ω/m的均匀导体杆MN架在导线框上,开始时紧靠a点,然后沿ab方向以恒定速度v=1.2m/s向b端滑动,滑动中始终与bc平行并与导线框保持良好接触.

(1)导线框中有感应电流的时间是多长?

(2)当导体杆MN滑到ab中点时,导线bc中的电流多大?方向如何?

(3)求导体杆MN自a点至滑到ab中点过程中,回路中感应电动势的平均值.

(4)找出当导体杆MN所发生的位移为x(0<x≤0.6m)时,流经导体杆的电流表达式;并求当x为何值时电流最大,最大电流是多少?

答案

(1)导线框中有感应电流的时间为t=

l1
v
=
0.6
1.2
s=0.5s

(2)当MN滑到ab中点时,R=

0.3×3
2
Ω=0.45Ω,r=0.15×3Ω=0.45Ω,R=0.9Ω

感应电动势ε=

1
2
BLv=
1
2
×0.5×0.3×1.2V=0.09V

根据闭合电路欧姆定律得:I=

ε
R
=
0.09
0.9
A=0.1A

所以Ibc=

1
2
I=
1
2
×0.1A=0.05A

方向b指向c;

(3)回路中感应电动势的平均值为

.
ε
=
△ϕ
△t
=
B•△S
△t
=
1
2
×
l1
2
×
L
2
l1
2v
=0.045V

.
ε
=
ε
2
=
0.09
2
V=0.045V

(4)当MN运动距离为x时,有ε′=B•

x
2
•v,

r′=

x
2
r,R=
xr•(l1-x)r
l1r
=
x(l1-x)
l1
r

I=

ε′
R+r′
=
1
2
Bxv
x(l1-x)
l1
r+
x
2
r
=
Bl1v
2(l1-x)r+l1r
=
Bl1v
(3l1-2x)r

代入数据,得I=

0.12
1.8-2x
(A)(0<x≤0.6m)

可见,当x=0.6m时,导体杆中电流最大,最大电流为Im=

0.12
1.8-2×0.6
A=0.2A

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