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金属体在匀强磁场中周期性运动问题的实验探究

2016-11-11刘建泉

中学物理·高中 2016年10期
关键词:磁场实验

刘建泉

1问题提出

在高三的一节复习课上,学生对一道广东高考题“D”选项提出了质疑.

题1如图1所示,用一根长为L质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点联结并悬挂于O点,悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且d0L.先将线框拉开到如图1所示位置,松手后让线框进入磁场,忽略空气阻力和摩擦.下列说法正确的是

A.金属线框进入磁场时感应电流的方向为a→b→c→d→a

B.金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a

C.金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等

D.金属线框最终将在磁场内做简谐运动

学生认为:金属线框在进入匀强磁场后作变速运动,dc和ab边作变速运动,两边框电动势发生变化,必有电荷的定向移动形成电流,那么这种电流会不会产生能量损失而使金属线框停止运动呢?

金属线框在匀强磁场中作变速运动,磁通量不变,从整体上看闭合回路中并不能形成电流.但由于cd和ab边框在磁场中做变速运动,金属线中自由电荷受到的洛伦兹力也在变化中,在沿金属线方向所受电场力和洛伦兹力的平衡被打破,处于动态变化中,导致两端的电动势E=BLv不断变化,金属线中能形成局部的“振荡电流”.从法拉第电磁感应定律角度看,这种影响应该忽略,但到底有多大影响呢?

2矛盾突显

带着这一问题,笔者查阅了近几年几大刊物的相关资料,在找到的近十篇相关论文,其中一道……

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