Question

15．歸納式探究

磁感應強度B/T	導體棒長度L/m	導體棒運動速度v/（m/s）	電壓U/V
0.1	0.1	0.1	1×103
0.2	0.1	0.1	2×103
0.1	0.1	0.2	2×103
0.2	0.2	0.1	4×103

閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，導體中會產(chǎn)生感應電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應現(xiàn)象．原因是這部分導體兩端會產(chǎn)生電壓．電壓的大小與導體棒長度L，導體棒運動速度v，以及磁感應強度B（表示磁場的強弱）有關，其關系數(shù)據(jù)如表：
（1）U=kBLv
（2）通電導線在磁場中受到力的作用，這個力叫安培力，當導體棒與磁場垂直時，安培力的大小F_安=BIL，I為流過導體的電流．如圖，兩根足夠長的水平平行導軌MN間距為L，空間存在垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度的大小為B，導體棒CD與導軌接觸緊密，兩導軌左側電阻大小為R（導體棒和導軌的電阻不計），當導體棒以速度v沿著導軌運動時，其所受安培力大小F_安=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$
（3）如圖中若用水平向右，大小為F拉21N的力拉著導體棒沿著導軌運動，導體棒長度L=0.2m（此時導體棒受到的安培力水平向左），磁感應強度B=lT，導軌左側電阻R=0.1Ω，不計摩擦，導體棒能達到的最大速度為52.5m/s．

Answer 1

分析 （1）閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，導體中會產(chǎn)生感應電流，這種現(xiàn)象叫感應電流；分析表中數(shù)據(jù)關系得出結論；
（2）根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流大小，根據(jù)F=BIL得出安培力大小F_安的大��；
（3）因當用力拉著導體棒沿著導軌運動時，導體棒才受到安培力的安培力的作用，所以導體受到的安培力最大等于拉力的大小，根據(jù)由F=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$求出導體棒能達到的最大速度．

解答 解：（1）分析表中4次實驗導體兩端電壓與導體棒長度L，導體棒運動速度v，以及磁感應強度B（表示磁場的強弱）的關系，可發(fā)現(xiàn)：導體兩端的電壓大小等于導體棒長度L、導體棒運動速度v、以及磁感應強度B（表示磁場的強弱）三者之積，即U=kBLv；
（2）由（1）知，當導體棒以速度v沿著導軌運動時，導體兩端的電壓大小等于U=kBlv；如果磁感應強度B、導體棒長度L，導體棒運動速度v均采用國際單位，則系數(shù)k=1，即U=Blv，即為加在電阻R的電壓，因導體棒和導軌的電阻不計，根據(jù)歐姆定律，通過R的電流大小即通過導體棒的電流大小I=$\frac{U}{R}=\frac{BLv}{R}$；
由安培力的大小F_安=BIL，所以，當導體棒以速度v沿著導軌運動時，
其所受安培力大小F=BIL=B×$\frac{BLv}{R}$×L=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$；
（3）當用力拉著導體棒沿著導軌運動時，導體棒才受到安培力的安培力的作用，因不計摩擦，用水平向右的恒力拉著導體棒沿著導軌運動，導體棒受到的安培力最大等于21N，由F=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$知，在其它條件已知的情況下，當導體受到的安培力最大時，所以，導體棒的最大速度v=$\frac{FR}{{B}^{2}{L}^{2}}$=$\frac{21N×0.1N}{（1T）^{2}×（0.2m）^{2}}$=52.5m/s．
故答案為：電磁感應現(xiàn)象；
（1）BLv；
（2）$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$；
（3）52.5m/s

點評 本題探究電磁感應現(xiàn)象中產(chǎn)生的電壓大小、通過導體在磁場中受到的安培力大小及應用有關結論解決實際問題的能力和獲取信息的能力、歸納結論的能力，體現(xiàn)了與高中物理知識的銜接．有難度，為壓軸題．