电磁感应单杆模型(1)

实验目的

掌握单杆切割磁感线时电动势、电流和安培力的计算，分析棒的运动过程。

实验原理

棒以速度 v 切割磁感线，E = BLv，回路电流 I = BLv/(R+r)，安培力 F安 = B²L²v/(R+r)，方向阻碍棒的运动。若棒受恒定外力 F，则 a = [F − B²L²v/(R+r)]/m，速度增大使 a 减小，最终 a=0，棒匀速运动。

实验器材

• 平行金属导轨
• 导体棒
• 匀强磁场
• 回路中的电阻
• 棒的速度变化
• 感应电流方向

实验步骤

1. 观察导轨、磁场方向和导体棒的初始状态
2. 观察棒运动后回路中产生的感应电流，用右手定则判断方向
3. 分析棒所受安培力的方向
4. 观察棒的速度随时间如何变化
5. 判断棒最终是静止还是匀速，并说明依据

实验现象与结论

棒运动切割磁感线时，回路出现感应电流，棒受到阻碍其运动的安培力。受恒力时棒做加速度逐渐减小的加速运动，最终匀速。结论：安培力随速度变化，棒的运动是变加速过程，由受力平衡可得最终速度。

常见问题

单杆模型中导体棒最终为什么会匀速？

速度增大使安培力增大，合力减小到零时，加速度为零，棒匀速运动。

怎样判断棒中感应电流方向？

用右手定则：磁感线穿入手心，拇指指向运动方向，四指所指即电流方向。