Question

15．如圖所示，半徑為R、質(zhì)量為m且分布均勻的閉合金屬圓環(huán)用長為L的絲線懸掛于天花板下，其下方橫放著一根通電直導線，今將環(huán)拉至擺線與豎直方向成q角的位置，無初速釋放，設環(huán)在擺動過程中始終保持與導線在同一平面內(nèi)，則（　�。�

• A． 環(huán)能擺到右側(cè)同一高度處
• B． 環(huán)第一次擺到右邊最高點過程中感應電流方向不變
• C． 環(huán)運動中所受安培力始終與速度方向相反
• D． 環(huán)運動中所受安培力始終沿豎直方向

Answer 1

分析 圓環(huán)在不均勻的磁場中運動，穿過圓環(huán)的磁通量會發(fā)生變化，會產(chǎn)生電流，根據(jù)楞次定律和能量守恒求解即可．

解答 解：A、根據(jù)電流的磁場的特點可知，導線上方的磁場是不均勻的，靠近導線處的磁場強，遠離導線的地方磁場弱．所以在圓環(huán)運動的過程中，穿過圓環(huán)的磁通量會發(fā)生變化，所以能產(chǎn)生感應電流．電磁感應的過程中一部分的機械能轉(zhuǎn)化為電能，所以環(huán)的機械能減小，環(huán)不能擺到右側(cè)同一高度處．故A錯誤；
B、導線中電流的方向向右，可知導線上方的磁場的方向向外，當環(huán)在最低點時向外的磁通量增大，環(huán)到達最高點時，向外的磁通量最小，所以環(huán)第一次擺到右邊最高點過程中穿過環(huán)的磁通量先增大，后減小，所以感應電流方向在最低點發(fā)生變化．故B錯誤；
C、D、導線上方的磁場是不均勻的，靠近導線處的磁場強，遠離導線的地方磁場弱，若采用極性思維的方法：假設環(huán)向上的過程中穿出磁場，向下的過程中進入磁場，根據(jù)楞次定律可知，環(huán)向上運動的過程中受到的安培力的方向向下，環(huán)向下運動的過程中受到的安培力的方向向上，與環(huán)的軌跡無關，所以環(huán)運動中所受安培力始終沿豎直方向，而不是始終與速度方向相反．故C錯誤，D正確．
故選：D

點評 本題為楞次定律的應用和能量守恒相合．注意楞次定律判斷感應電流方向的過程，先確認原磁場方向，再判斷磁通量的變化，感應電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙原磁通量的變化．
該題的難度是由于磁場的分布特點，所以環(huán)受到的安培力的方向在豎直方向上，而不是與運動的方向相反．