二、典型例题
【例题1】如图(a)所示,两根平行光滑金属导轨放置于一通电长直导线附近,与长直导线平行且在同一水平面上。导轨上搁置两根可自由滑动的导体棒ab和cd。现对导体棒ab作用一外力F,使棒ab向右运动,则导体棒cd将如何运动?
【解析】判断电流产生的磁场方向应使用右手螺旋定则,判断导体切割磁感线时产生的感应电流方向应使用右手定则,判断电流在磁场中的受力方向应使用左手定则。如图(b)所示,根据右手螺旋定则,通电长直导线在导轨所处范围内产生垂直纸面向里的磁场。导体棒ab在该磁场中向右运动,根据右手定则,切割磁感线产生从b→a的感应电流。该电流流过导体棒cd后,根据左手定则,使cd棒受到向右的磁场力作用。
右手螺旋定则、左手定则、右手定则均为判断方向的定则,在不同的物理情景中,针对解决不同的物理问题,虽较易混淆,但只要分析清楚使用的条件和对象即可。
小结:本题考查右手定则。要求区分清楚右手螺旋定则、右手定则和左手定则针对解决的不同问题,在理解的基础上,合理选择、正确使用。因此本题的学习水平为理解(B)。
【例题2】如图所示,半径为a的金属圆环竖直固定,电阻忽略不计。空间存在与环面垂直的匀强磁场,磁感应强度为B。一质量为m的导体棒受到始终向上的拉力作用,以速率v向下匀速运动,棒始终与y轴垂直,扫过整个环面时与环接触良好。导体棒单位长度电阻值为r,重力加速度为g。求:

(例题1图)
(1)导体棒中的感应电流I及通过导体棒的总电荷量q;
(2)导体棒位于y>0处拉力的功率P。
【解析】(1)


(例题2图)
(2)当0<y<2a时,![]()

当y≥2a时,P=mgv。
【例题3】如图所示,竖直放置的光滑U形导轨宽为L,上端串联一电阻,阻值为R。磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于纸面向外。质量为m、阻值为r的金属棒ab,从静止释放后沿导轨下滑,下滑过程中ab始终保持水平,且与导轨接触良好,导轨电阻忽略不计。求ab下滑的最大速度vm。
【解析】ab在从静止释放后,初始时刻仅受重力,开始向下做加速运动。运动后,导体棒在磁场中切割磁感线产生感应电动势,由于电路闭合,进而产生感应电流,通过导体棒的感应电流在磁场中会受到与运动方向相反的安培力作用。随着导体棒速度不断增大,感应电动势E=Blv、感应电流I=E/(R+r)、安培力F=BIl都随之增大,加速度随之减小。
导体棒下落后,做加速度减小的加速运动,当导体棒受到的安培力增大到F=mg时,加速度变为零,此时ab达到最大速度。
由
,可得
。

(例题3图)
小结:本题考查导体切割磁感线时产生的感应电动势。要求能综合系统运用动力学、电学等相关知识,对做切割运动的导体棒进行受力分析、运动状态分析,并建立电路模型、应用电路的相关知识解决问题。