Question

如圖所示，電阻R=0.1Ω的導體ab沿光滑的導線框向右做勻速運動，線框中接有電阻R=0.4Ω線框放在磁感應強度B=0.1T的勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，導體ab的長度L=0.4m，運動速度v=5.0m/s．線框的電阻不計．
（1）電源的電動勢（即產生的感應電動勢）為多少？電路abcd中的電流為多少？
（2）求導體ab所受的安培力的大小，并判斷其方向．
（3）外力做功的功率是多少？
（4）電源的功率為多少？其中電源內部消耗的功率是多少？外部電阻消耗的功率又是多少？
（5）其實這道題講的就是發電機的原理．試從能量的角度分析一下，看發電機的能量是怎樣轉化的．

Answer 1

分析：導體棒在恒力作用下切割磁感線產生感應電動勢，從而產生感應電流．由右手定則可確定安培力的方向，再由閉合電路毆姆定律和電功率的知識可求解．
根據發電機的原理和它的能量轉化關系回答．

解答：解：（1）導體棒切割磁感線產生的電動勢：E=BLv=0.2V 
由閉合電路的毆姆定律：I=

E

R+r

=0.4A
（2）則安培力大小：F_安=BIL=0.016N           
 根據右手定則得電路abcd中的電流方向是b指向a，根據左手定則得ab所受的安培力方向：向左．  
（3）導線框向右做勻速運動，根據平衡條件得外力：F=F_安=0.016N  
外力做功的功率：P=Fv=0.08W
（4）電源的功率：P_電=EI=0.08W
電源內部消耗的功率：P_內=I²r=0.016W
外部電阻消耗的功率：P_R=I²R=0.064W
（5）發電機是依據電磁感應原理工作的，在發電的過程中機械能轉化為電能．
答：（1）電源的電動勢為0.2V，電路abcd中的電流為0.4A
（2）導體ab所受的安培力的大小是0.016N，其方向向左．
（3）外力做功的功率是0.08W
（4）電源的功率為0.08W，其中電源內部消耗的功率是0.016W，外部電阻消耗的功率又是0.064W．
（5）發電機是依據電磁感應原理工作的，在發電的過程中機械能轉化為電能．

點評：導體桿在運動過程中，安培力隨著速度增加而變大，當勻速時正好處于平衡狀態．由法拉第電磁感應定律與閉合電路毆姆定律可求出求解．