Question

如图所示，光滑的长直金属杆上套两个小金属环a和b，a和b与形状为一个完整正弦曲线的刚性金属导线焊接，导线的其余部分未与杆接触，且a和b始终与金属杆接触良好。杆电阻不计，导线电阻为R，a、b间距离为2L，正弦曲线顶部和底部到杆距离都为d。有界匀强磁场区域的宽度为L，磁场方向垂直于导线所在平面向里，磁感应强度大小为B。导线在外力F作用下沿杆以恒定的速度v向右运动，t=0时刻导线从磁场左边界上的O点进入磁场，导线从左边界进入磁场直到全部离开磁场的过程中

（1）若规定金属杆中通过的电流i从a到b为正方向，写出电流i随时间t的变化关系，并画出i-t图象；

（2）求上述过程中外力F所做的功。

Answer

（1）当时，，当时，,当时，,i-t图象见解析； （2）

【解析】

试题分析：（1）当时， （1分）

当时， （1分）

当时， （1分）

i-t图象如图所示。 （3分）

（2）由能量守恒可得：此过程中外力F做的功等于回路产生的焦耳热。根据有效值的定义，有： （6分）

考点：电磁感应及综合应用。

【名师点睛】金属导线向右一共移动了3L，把全过程分为三个阶段，因导线切割磁力线的有效长度是随正弦规律变化的，所以产生的电流也是按正弦规律变化的正弦交流电，分别求出在这三段中的有效电动势，结合运动时间可求出每段运动过程上产生的内能，外力F所做的功全部转化为了内能；该题是以另外一种形式考察了交变电流的做功问题，解决此题的关键是把整个过程进行合理分段，分别求出各段的电动势的有效值，即可求出全过程的电功了。