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英国物理学家麦克斯韦认为,变化磁场会在空间激发感生电场,感生电场对自由电荷做功产生感生电动势。如图甲所示,方向竖直向下的磁场磁感应强度均匀增加,磁感应强度B随时间t的变化规律为B=kt(k为常数),这时产生感生电场的电场线是一系列逆时针方向以0为圆心的同心圆,且同一条电场线上各点的场强大小相等。

(1)在垂直磁场的平面内放一半径为r的导体环,求导体环中产生的感生电动势e

(2)若在垂直磁场的平面内固定一半径为:的光滑绝缘细管,管内有一质量为m、带电量为+q的轻质小球,如图乙所示,使磁感应强度由零开始增大同时小球在感生电场的作用下,从静止开始运动,已知在半径为r的细管内二周产生的感生电动势。与该处感生电场电场强E的关系为e=E·2πr,求当磁感应强度增大到B0时,细管对小球的弹力。(设小球在运动过程中电荷量保持不变,对原磁场的影响可忽略,不计小球重力。)

答案

解:(1)在磁场变化过程中,导体环中会产生感生电动势,根据法拉第感应定律可知,2分)

2)在磁场变化过程中,圆管所在的位置会产生电场,场强大小处处相等,由题意知,,联立可得:  2分)

小球在电场力的作用下被加速,加速度的大小为:  2分)

小球一直加速,加速时间,其速度   2分)

小球在细管内做圆周运动,由左手定则,可得:2分)

可得:,方向沿细管半径向外。(2分)

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