如图甲所示,一个足够长的U形金属管导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽度为l="0.50" m.一根质量为m="0.50" kg的均匀金属棒ab横

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如图甲所示,一个足够长的U形金属管导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的宽度为l="0.50" m.一根质量为m="0.50" kg的均匀金属棒ab横跨在导轨上且接触良好,abMP恰好围成一个正方形.该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节、竖直向上的匀强磁场中.ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为Fm="1.0" N,ab棒的电阻为R="0.10" Ω,其他各部分电阻均不计.开始时,磁感应强度B0="0.50" T.

(1)若从某时刻(t=0)开始,调节磁感应强度的大小,使其以

="0.20" T/s的变化率均匀增加，求经过多长时间ab棒开始滑动.此时通过ab棒的电流大小和方向如何?
(2)若保持磁感应强度B0的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它以a="4.0" m/s2的加速度匀加速运动，推导出此拉力FT的大小随时间t变化的函数表达式，并在图乙所示的坐标图上作出拉力FT随时间t变化的FT-t图线.

答案

(1)17.5 s I="0.5" A 方向从b到a
（2）FT="(3+2.5t)" N 图线略

解析

(1)以ab杆为研究对象,当磁感应强度均匀增大时,闭合电路中有恒定的电流I.以ab杆为研究对象,它受到的安培力逐渐增大,静摩擦力也随之增大.当磁感应强度增大到ab所受安培力F与最大静摩擦力Fm相等时开始滑动.因F=BIl,B=B0+

t="(0.5+0.2t)" T,I=

,E=

l2, F=Fm.由以上各式求出,经时间t="17.5" s后ab棒开始滑动,此时通过ab棒的电流大小为I="0.5" A,由楞次定律可判断出,电流方向为从b到a.

(2)当ab匀加速运动时,根据牛顿第二定律有：FT-Fm-F=ma.因F=B0Il,I=B0lv/R,v=at.联立上述各式,并代入数据,可解得：FT="Fm+ma+B02l2at/R=(3+2.5t)" N.由此可画出FT-t关系图象如图所示

举一反三

在磁感应强度为B＝0. 4 T的匀强磁场中放一个半径

50 cm的圆形导轨，上面搁有互相垂直的两根导体棒，一起以角速度

rad/s逆时针匀速转动。圆导轨边缘和两棒中央通过电刷与外电路连接，若每根导体棒的有效电阻为

=" 0." 8Ω，外接电阻R＝3. 9Ω，如图所示，求：
（1）每半根导体棒产生的感应电动势．
（2）当电键S接通和断开时两电表示数（假定

）。

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正方形闭合金属线框，边长为a，质量为m，电阻为R，在竖直平面内以水平初速度

在垂直于框面的水平磁场中，运动一段时间后速度恒定为v，运动过程中总有两条边处在竖直方向，即线框不转动，如图所示。已知磁场的磁感应强度在竖直方向按

规律逐渐增大，k为常数。试求水平初速度

的大小。

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有一种高速磁悬浮列车的设计方案是在每节车厢底部安装磁铁（磁场方向向下），并在两条铁轨之间平放一系列线圈，请探究。
（1）当列车运行时，通过线圈的磁通量会不会发生变化？
（2）列车的速度越快，通过线圈的磁通量变化越快吗？
（3）为了测量列车通过某一位置的速度，有人在磁悬浮列车所经过的位置安装了电流测量记录仪，（测量记录仪未画出）为图所示，记录仪把线圈中产生的电流记录下来。假设磁铁的磁感应强度在线圈中为B，线圈的匝数为n，磁体宽度与线圈宽度相同，且都很小，为

，线圈总电阻为R（包括引线电阻），你能否根据记录仪显示的电流I，求出列车所经过位置的速度。

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如图所示，线圈M和线圈P绕在同一铁芯上。设两个线圈中的电流方向与图中所标的电流方向相同时为正。当M中通入下列哪种电流时，在线圈P中能产生正方向的恒定感应电流

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A和B是两个大小相同的环形线圈，将两线圈平行共轴放置，如图3甲所示，当线圈在A中的电流i1随时间变化的图像如图乙所示时，若规定电流方向如图甲所示的方向为正方向，则线圈B中的电流i2随时间t变化的图像是图4中的：

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