15.如圖所示,半徑為R、質(zhì)量為m且分布均勻的閉合金屬圓環(huán)用長(zhǎng)為L(zhǎng)的絲線懸掛于天花板下,其下方橫放著一根通電直導(dǎo)線,今將環(huán)拉至擺線與豎直方向成q角的位置,無初速釋放,設(shè)環(huán)在擺動(dòng)過程中始終保持與導(dǎo)線在同一平面內(nèi),則( 。
A.環(huán)能擺到右側(cè)同一高度處
B.環(huán)第一次擺到右邊最高點(diǎn)過程中感應(yīng)電流方向不變
C.環(huán)運(yùn)動(dòng)中所受安培力始終與速度方向相反
D.環(huán)運(yùn)動(dòng)中所受安培力始終沿豎直方向

分析 圓環(huán)在不均勻的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),穿過圓環(huán)的磁通量會(huì)發(fā)生變化,會(huì)產(chǎn)生電流,根據(jù)楞次定律和能量守恒求解即可.

解答 解:A、根據(jù)電流的磁場(chǎng)的特點(diǎn)可知,導(dǎo)線上方的磁場(chǎng)是不均勻的,靠近導(dǎo)線處的磁場(chǎng)強(qiáng),遠(yuǎn)離導(dǎo)線的地方磁場(chǎng)弱.所以在圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的過程中,穿過圓環(huán)的磁通量會(huì)發(fā)生變化,所以能產(chǎn)生感應(yīng)電流.電磁感應(yīng)的過程中一部分的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,所以環(huán)的機(jī)械能減小,環(huán)不能擺到右側(cè)同一高度處.故A錯(cuò)誤;
B、導(dǎo)線中電流的方向向右,可知導(dǎo)線上方的磁場(chǎng)的方向向外,當(dāng)環(huán)在最低點(diǎn)時(shí)向外的磁通量增大,環(huán)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),向外的磁通量最小,所以環(huán)第一次擺到右邊最高點(diǎn)過程中穿過環(huán)的磁通量先增大,后減小,所以感應(yīng)電流方向在最低點(diǎn)發(fā)生變化.故B錯(cuò)誤;
C、D、導(dǎo)線上方的磁場(chǎng)是不均勻的,靠近導(dǎo)線處的磁場(chǎng)強(qiáng),遠(yuǎn)離導(dǎo)線的地方磁場(chǎng)弱,若采用極性思維的方法:假設(shè)環(huán)向上的過程中穿出磁場(chǎng),向下的過程中進(jìn)入磁場(chǎng),根據(jù)楞次定律可知,環(huán)向上運(yùn)動(dòng)的過程中受到的安培力的方向向下,環(huán)向下運(yùn)動(dòng)的過程中受到的安培力的方向向上,與環(huán)的軌跡無關(guān),所以環(huán)運(yùn)動(dòng)中所受安培力始終沿豎直方向,而不是始終與速度方向相反.故C錯(cuò)誤,D正確.
故選:D

點(diǎn)評(píng) 本題為楞次定律的應(yīng)用和能量守恒相合.注意楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的過程,先確認(rèn)原磁場(chǎng)方向,再判斷磁通量的變化,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙原磁通量的變化.
該題的難度是由于磁場(chǎng)的分布特點(diǎn),所以環(huán)受到的安培力的方向在豎直方向上,而不是與運(yùn)動(dòng)的方向相反.

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