题目
在圆柱形空间内有一磁感应强度为B的均匀磁场,如右图所示,B的大小以速率dBdt变化.有一长度为L0的金属棒先后放在磁场的两个不同位置ab和a′b′,那么,金属棒在这两个位置时棒内的感应电动势的大小关系为( )a x .A.εab=εa′b′≠0B.εa′b′>εabC.εa′b′<εabD.εab=εa′b′=0
在圆柱形空间内有一磁感应强度为B的均匀磁场,如右图所示,B的大小以速率dBdt变化.有一长度为L0的金属棒先后放在磁场的两个不同位置ab和a′b′,那么,金属棒在这两个位置时棒内的感应电动势的大小关系为( )

- A.εab=εa′b′≠0
- B.εa′b′>εab
- C.εa′b′<εab
- D.εab=εa′b′=0
题目解答
答案
B
解析
考查要点:本题主要考查法拉第电磁感应定律的应用,特别是变化的磁场产生的感生电动势的计算。
解题核心思路:
- 明确磁场变化产生的电场分布:均匀变化的磁场会产生环形电场,电场强度$E$与导体棒到圆柱轴线的距离$r$成正比,即$E = \frac{r}{2} \cdot \frac{\mathrm{d}B}{\mathrm{d}t}$。
- 感应电动势的决定因素:导体棒中的感应电动势$\varepsilon$等于电场强度$E$与棒长度$L_0$的乘积,即$\varepsilon = E \cdot L_0 = \frac{r L_0}{2} \cdot \frac{\mathrm{d}B}{\mathrm{d}t}$。
- 比较不同位置的$r$值:若$a'b'$位置的$r$大于$ab$位置的$r$,则$\varepsilon_{a'b'} > \varepsilon_{ab}$。
破题关键点:
- 电场方向与大小:变化的磁场产生的电场是环形的,方向由右手法则判断。
- 电动势与位置关系:电动势与导体棒到轴线的距离$r$成正比,因此需明确两位置的$r$大小。
法拉第电磁感应定律表明,变化的磁场会产生电场,导体棒中的自由电荷在电场作用下形成感应电动势。
- 电场强度的计算:
均匀变化的磁场产生的电场强度$E$满足:
$E = \frac{r}{2} \cdot \frac{\mathrm{d}B}{\mathrm{d}t}$
其中$r$为导体棒到圆柱轴线的距离。 - 感应电动势的表达式:
导体棒的感应电动势为:
$\varepsilon = E \cdot L_0 = \frac{r L_0}{2} \cdot \frac{\mathrm{d}B}{\mathrm{d}t}$ - 比较两位置的电动势:
- 若$a'b'$位置的$r$大于$ab$位置的$r$,则$\varepsilon_{a'b'} > \varepsilon_{ab}$。
- 题目中未明确说明$r$相等,但根据选项及常规图形推断,$a'b'$更远离轴线,故$\varepsilon_{a'b'} > \varepsilon_{ab}$。