Question

如图所示，空间有一宽为2L的匀强磁场区域，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外．abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框，总电阻为R．线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域．在运动过程中，线框ab、cd两边始终与磁场边界平行．求：
（1）cd边刚进入磁场和cd边刚离开磁场时，ab两端的电势差分别是多大？并分别指明a、b哪端电势高．
（2）线框通过磁场的整个过程中，线框中产生的焦耳热．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据公式E=BLv求出电路中的感应电动势，再得到ab两端电势差U_ab大小．由楞次定律判断感应电流的方向，确定U_ab的正负．
（2）根据楞次定律来确定有无感应电流，得出产生感应电流的时间，再由焦耳定律，即可求解．
解答：解：（1）cd边刚进入磁场时，cd边切割磁感线产生的感应电动势E=BLv①
回路中的感应电流②
ab两端的电势差  ③
b端电势高    
cd边刚离开磁场时，ab边切割磁感线产生感应电动势大小和回路中电流大小与cd边刚进入磁场时的时间相同，
即为④
所以ab两端的电势差为⑤
b端电势高    
（2）线框从cd边刚进入磁场到ab边刚进入磁场的过程中，产生顺时针的感应电流；线框全部进入磁场中时，由于磁通量不变，没有感应电流产生；线框cd边刚离开磁场到ab边刚离开磁场的过程中产生逆时针方向的电流．
由题知线框在两个过程中产生的感应电流大小相等，设线框能产生感应电流的时间为t，产生的总焦耳热为Q，
则有⑥
Q=I²Rt⑦
联立②⑥⑦式解得：⑧
答：（1）cd边刚进入磁场和cd边刚离开磁场时，ab两端的电势差分别是与；均是b端电势高．
（2）线框通过磁场的整个过程中，线框中产生的焦耳热为．
点评：本题由右手定则或楞次定律判断电势高低，根据电路知识求出电势差；同时掌握焦耳定律的应用，强调存在的感应电流的判定．