Question

小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验，其装置如图所示．在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，此时电子测力计的读数为G₁，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计．直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路，总阻值为R.若让铜条水平且垂直于磁场，以恒定的速率v在磁场中竖直向下运动，这时电子测力计的读数为G₂，铜条在磁场中的长度为L.

(1)判断铜条所受安培力的方向，并说明G₁和G₂哪个大；
(2)求铜条匀速运动时所受安培力的大小和磁感应强度的大小．

Answer 1

(1)安培力的方向竖直向上，G₂＞G₁　(2)安培力的大小F＝G₂－G₁　磁感应强度的大小B＝

解析试题分析：（1）铜条切割磁感线产生感应电动势，并在闭合回路中产生感应电流。根据右手定则可知，流过铜条的感应电流从B指向A，再利用左手定则可知，铜条受到磁铁的安培力竖直向上。根据牛顿第三定律，磁铁受到铜条竖直向下的反作用力，所以G₂＞G₁.
（或者：根据楞次定律，导体棒所受安培力阻碍其相对磁铁的运动，所以铜条所受安培力的方向向上）
（2）铜条向下匀速运动时，铜条切割磁感线产生的感应电动势F=BLv，闭合回路中的感应电流，铜条受到竖直向上的安培力F=BIL；
根据牛顿第三定律，磁铁受到铜条竖直向下的反作用力，大小=F；对磁铁受力分析并根据平衡条件有，。
联立解得：F=G₂-G₁，。
考点：受力分析、物体的平衡，牛顿第三定律，楞次定律或右手定则、左手定则的使用，安培力，法拉第电磁感应定律，主要考查考生的分析综合能力。