矩形裸导线框长边的长度为2l,短边的长度为l,在两个短边上均接有阻值为R的电阻,其余部分电阻均不计.导线框的位置如图所示,线框内的磁场方向及分布情况如图,大小为B=B0co

◎ 题目

矩形裸导线框长边的长度为2l,短边的长度为l,在两个短边上均接有阻值为R的电阻,其余部分电阻均不计.导线框的位置如图所示,线框内的磁场方向及分布情况如图,大小为B=B0cos(
πx
2l
)
.一电阻为R的光滑导体棒AB与短边平行且与长边始终接触良好.起初导体棒处于x=0处,从t=0时刻起,导体棒AB在沿x方向的外力F的作用下做速度为v的匀速运动.试求:
(1)导体棒AB从x=0运动到x=2l的过程中外力F随时间t变化的规律;
(2)导体棒AB从x=0运动到x=2l的过程中整个回路产生的热量.
魔方格

◎ 答案

(1)在t时刻AB棒的坐标为x=vt
导体棒产生的感应电动势 e=Blv=B0lvcos
πvt
2l

回路的总电阻 R=R+
1
2
R=
3
2
R

回路感应电流 i=
e
R
=
2B0lvcos2
πvt
l
3R

棒匀速运动时有F=F=Bil
解得:F=
2
B20
l2vcos2(
πvt
2l
)
3R
(0≤t≤
2l
v
)

(2)导体棒AB在切割磁感线的过程中产生半个周期的正弦交流电
感应电动势的有效值为 E=

2
2
B0lv

回路产生的电热Q=
E2
R
t

通电时间t=
2l
v

联立解得Q=
2
B20
l3v
3R

答:
(1)导体棒AB从x=0运动到x=2l的过程中外力F随时间t变化的规律为F=
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