Question

15．歸納式探究

磁感應(yīng)強(qiáng)度B/T	導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L/m	導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)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(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象．原因是這部分導(dǎo)體兩端會(huì)產(chǎn)生電壓．電壓的大小與導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度v，以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B（表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱）有關(guān)，其關(guān)系數(shù)據(jù)如表：
（1）U=kBLv
（2）通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用，這個(gè)力叫安培力，當(dāng)導(dǎo)體棒與磁場(chǎng)垂直時(shí)，安培力的大小F_安=BIL，I為流過(guò)導(dǎo)體的電流．如圖，兩根足夠長(zhǎng)的水平平行導(dǎo)軌MN間距為L(zhǎng)，空間存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，導(dǎo)體棒CD與導(dǎo)軌接觸緊密，兩導(dǎo)軌左側(cè)電阻大小為R（導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì)），當(dāng)導(dǎo)體棒以速度v沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L=0.2m（此時(shí)導(dǎo)體棒受到的安培力水平向左），磁感應(yīng)強(qiáng)度B=lT，導(dǎo)軌左側(cè)電阻R=0.1Ω，不計(jì)摩擦，導(dǎo)體棒能達(dá)到的最大速度為52.5m/s．

Answer 1

分析 （1）閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象叫感應(yīng)電流；分析表中數(shù)據(jù)關(guān)系得出結(jié)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(dāng)用力拉著導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒才受到安培力的安培力的作用，所以導(dǎo)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(dǎo)體棒能達(dá)到的最大速度．

解答 解：（1）分析表中4次實(shí)驗(yàn)導(dǎo)體兩端電壓與導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度v，以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B（表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱）的關(guān)系，可發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)體兩端的電壓大小等于導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L、導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度v、以及磁感應(yīng)強(qiáng)度B（表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱）三者之積，即U=kBLv；
（2）由（1）知，當(dāng)導(dǎo)體棒以速度v沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體兩端的電壓大小等于U=kBlv；如果磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)體棒長(zhǎng)度L，導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度v均采用國(guó)際單位，則系數(shù)k=1，即U=Blv，即為加在電阻R的電壓，因?qū)�體棒和導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，根據(jù)歐姆定律，通過(guò)R的電流大小即通過(guò)導(dǎo)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(dāng)導(dǎo)體棒以速度v沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，
其所受安培力大小F=BIL=B×$\frac{BLv}{R}$×L=$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$；
（3）當(dāng)用力拉著導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒才受到安培力的安培力的作用，因不計(jì)摩擦，用水平向右的恒力拉著導(dǎo)體棒沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)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(dāng)導(dǎo)體受到的安培力最大時(shí)，所以，導(dǎo)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(yīng)現(xiàn)象；
（1）BLv；
（2）$\frac{{B}^{2}{L}^{2}v}{R}$；
（3）52.5m/s

點(diǎn)評(píng) 本題探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電壓大小、通過(guò)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的安培力大小及應(yīng)用有關(guān)結(jié)論解決實(shí)際問(wèn)題的能力和獲取信息的能力、歸納結(jié)論的能力，體現(xiàn)了與高中物理知識(shí)的銜接．有難度，為壓軸題．