(1)逆时针方向。原磁场磁感线垂直于圆环平面向上,当撤去磁场瞬间,环所围面积的原磁通量突变为零,由楞次定律可知,环中感应电流的磁场方向应与原磁场方向相同,即向上。由右手螺旋定则可知,环中电流的方向是沿逆时针方向。
(2)设圆环周长为
、电阻为R,由电阻定律得
由于有电阻,所以圆环在传导电流过程中,电流做功,把电能全部转化为内能。设t时间内环中电流释放焦耳热而损失的能量为
,由焦耳定律得
因电流是圆环中电荷的定向移动形成的,故可设环中单位体积内定向移动电子数为n,由电流强度的定义得:
因式中n、e、S不变,所以只有定向移动电子的平均速率的变化才会引起环中电流的变化。电流变化大小取
时,相应定向移动电子的平均速率变化的大小为
,则
在t时间内单个电子在环中定向移动时减小的动能为:
圆环中总电子为
设环中定向移动电子减少的动能总和为
,则
由于
,可得
根据能量守恒定律,得
联立上述各式,得
(3)由
看出,在题设条件限制下,适当增大超导电流,可以使实验获得
的准确程度更高,通过增大穿过该环的磁通量变化率可实现增大超导电流。
此题易错点:分析能量的转换关系以及微观量与宏观量关系时出错。
【考点定位】本题考查楞次定律、电阻定律、电流强度和能量转换等知识,是一道电磁学联系实际的综合问题,意在考查考生灵活应用物理知识解决实际问题的能力。