Question

如图所示，有一个弹性的轻质金属圆环，放在光滑的水平桌面上，环中央插着一根条形磁铁．突然将条形磁铁迅速向上拔出，则此时金属圆环将

1. A.
   圆环高度不变，但圆环缩小
2. B.
   圆环高度不变，但圆环扩张
3. C.
   圆环向上跳起，同时圆环缩小
4. D.
   圆环向上跳起，同时圆环扩张

Answer 1

D
在金属环中磁通量有变化，所以金属环中有感应电流产生，按照楞次定律解决问题的步骤一步一步进行分析，分析出感应电流的情况后再根据受力情况考虑其运动与形变的问题．

原磁通量的方向竖直向上，当向上拔出条形磁铁时这个磁通量减小；所以感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小，即感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，感应电流的磁场方向向上；由感应电流的磁场方向可以判断出感应电流的方向在由上向下俯视时是逆时针方向的．如图所示为其剖面图，根据左手定则可以判断出金属环受力的情况如图所示．注意安培力垂直于电流和磁感应强度决定的平面．由于金属环是圆形的，它受到的安培力在水平方向上的效果是使金属圆环向外扩张，同时在竖直方向上的效果是有向上的力．由题目可知，金属圆环很轻，受的重力较小，因此所受合力方向向上，产生向上的加速度．这样金属圆环在向上跳起的同时向外扩张，所以D选项正确。
另一种方法是应用楞次定律的第二种表述，金属环中感应电流的效果要阻碍产生感应电流的原因，即条形磁铁的拔出，则感应电流的效果就阻碍拔出，金属环应该向上运动；拔出导致磁通量减小，感应电流的效果就阻碍减小，面积应该增加，所以要扩张。