Question

（10分）如图（a）所示，一端封闭的两条平行光滑导轨相距L，距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧，导轨左右两段处于高度相差H的水平面上。圆弧导轨所在区域无磁场，右段区域存在磁场B₀，左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B（t），如图（b）所示，两磁场方向均竖直向上。在圆弧顶端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，从金属棒下滑开始计时，经过时间t₀滑到圆弧顶端。设金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g。

⑴问金属棒在圆弧内滑动时，回路中感应电流的大小和方向是否发生改变？
⑵求0到时间t₀内，回路中感应电流产生的焦耳热量。
⑶若要使金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B₀的一瞬间，回路中感应电流恰好为零，各已知量之间应该满足什么关系？

Answer 1

（1）不发生改变（2）（3）

⑴感应电流的大小和方向均不发生改变。
⑵0—t₀时间内，设回路中感应电动势大小为E₀，感应电流为I，感应电流产生的焦耳热为Q，由法拉第电磁感应定律：
根据闭合电路的欧姆定律：
由焦耳定律有：
解得：
⑶金属棒在圆弧区域下滑的过程中，由动能定理：   —0
在很短的时间内，根据法拉第电磁感应定律，金属棒进入磁场B₀区域瞬间的感应电动势为E，则：E₁=E₀
E₁=B₀Lv
所以：
本题考查法拉第电磁感应定律与电路的结合问题，根据磁感强度的变化图像先求出感应电动势和感应电流，由电功率公式求解