資源簡介

(共59張PPT)
第5章　初識電磁場與電磁波
第2節　電磁感應現象及其應用
核心素養：1.知道電磁感應現象在生活中的應用. 2.理解產生感應電流的條件，理解 電磁感應現象. 3.通過觀察實驗現象，分析歸納在磁場中產生感應電流的條件. 4.通 過探究產生電磁感應的條件，體驗由實驗發現規律的樂趣，養成探究物理規律的良好 習慣.
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研習任務一　磁通量
合作　討論
一面積S的矩形導線框abcd水平放置于勻強磁場中，如圖中位置Ⅰ，磁場方向豎直 向下，磁感應強度大小為B. 請思考：
?。?）圖中位置Ⅰ，穿過線框abcd的磁通量是多少？
提示：（1）BS
?。?）圖中以bc邊為轉軸將該線框轉過60°至位置Ⅱ的過程中，穿過線框abcd的磁通 量變化量是多少？
教材　認知
1. 磁通量
（1）定義：在勻強磁場中，磁感應強度B和 的平面面積S的乘 積，叫作穿過這個面積的磁通量.
注：磁通量可以形象地理解為“穿過一個閉合電路的磁感線的多少”.
（2）定義式：Φ＝ .此公式的適用條件：
① 磁場；
②磁感線與平面 .
與磁場方向垂直　
BS　
勻強　
垂直　
（3）單位： ，簡稱韋，符號是Wb.1 Wb＝1 T·m2.
（4）標矢性：磁通量是標量，但有正負，正、負號表示磁感線穿過同一個面的方向 不同.
韋伯　
磁通密度　
磁感線垂直
穿過單位面積的磁通量　
核心　歸納
1. 磁通量的計算
（1）公式：Φ＝BS.
適用條件：①勻強磁場；②磁場與平面垂直.
（2）若磁場與平面不垂直，Φ＝BScos θ.式中Scos θ為平面S在垂直于磁場方向上的投 影面積，也稱為“有效面積”（如圖所示）.
2. 磁通量的正、負
（1）磁通量是標量，但有正、負，當以磁感線從某一面上穿入時的磁通量為正值， 則磁感線從此面穿出時即為負值.
（2）若同時有磁感線沿相反方向穿過同一平面，且正向磁通量大小為Φ1，反向磁通 量大小為Φ2，則穿過該平面的合磁通量Φ＝Φ1－Φ2.
3. 磁通量的變化量
（1）當B不變、有效面積S變化時，ΔΦ＝B·ΔS.
（2）當B變化、S不變時，ΔΦ＝ΔB·S.
（3）B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此時ΔΦ≠ΔB·ΔS.
研習　經典
[典例1]　如圖所示，線圈平面與水平方向夾角θ＝60°，磁感線豎直向下，線圈平面 面積S＝0.4 m2，勻強磁場磁感應強度B＝0.6 T，則：
（1）穿過線圈的磁通量Φ為多少？
[答案]（1）0.12 Wb
（2）把線圈以cd為軸順時針轉過120°角，則通過線圈磁通量的變化量大小為多少？
[解析]（2）線圈以cd為軸順時針方向轉過120°角后變為與磁場垂 直，但由于此時磁感線從線圈平面穿入的方向與原來相反，故此時 通過線圈的磁通量
Φ2＝－BS＝－0.6×0.4 Wb＝－0.24 Wb，
故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－0.24 Wb－0.12 Wb＝－0.36 Wb，故磁通量的 變化量大小為0.36 Wb.
[答案] （2）0.36 Wb
（1）磁通量是標量，但有正、負，當磁感線從某一面上穿入時，磁通量為正 值，則磁感線從此面穿出時即為負值.
（2）磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1，在具體的計算中，一定要注意Φ1及Φ2的 正、負問題.
（3）公式Φ＝BS中的S應為有效面積.此處是有磁場部分的面積，并非線圈面積.
A. πBR2 B. πBr2
C. nπBR2 D. nπBr2
解析：磁通量與線圈匝數無關，故C、D錯誤；磁感線穿過的面積為πr2，而非πR2，則 磁通量為πBr2，故B項對.
B
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研習任務二　電流磁效應與電磁感應現象
合作　討論
如圖所示，甲圖是電磁起重機.乙圖是麥克風.探究：它們各自是根據什么原理工 作的呢？
甲
乙
提示：電磁起重機的工作原理是電流的磁效應，麥克風的工作原理是電磁感應.
核心　歸納
1. 丹麥物理學家奧斯特發現載流導體能使小磁針轉動，這種現象稱為電流的磁效 應，揭示了電現象與磁現象之間存在密切聯系.
2. 英國物理學家法拉第發現了“磁生電”現象，他把這種現象命名為電磁感應，產 生的電流叫作感應電流.
3. 引起“磁生電”的五類原因
A
A. 圖（a）通電瞬間小磁針發生偏轉，說明了電流周圍存在磁場
B. 圖（b）閉合開關后電流計的指針發生偏轉，說明了回路產生了感應電流
C. 圖（c）閉合開關后金屬棒會在導軌上運動，說明了磁場可以產生能量
D. 圖（d）閉合開關線框轉動，說明了穿過閉合電路的磁通量變化可以產生感應電流
[解析]　通電瞬間小磁針發生偏轉，說明了電流周圍存在磁場，選項A正確；閉合開 關后若導體棒切割磁感線運動，電流計的指針才發生偏轉，說明了回路產生了感應電 流，選項B錯誤；閉合開關后金屬棒會在導軌上運動，說明了磁場對電流有力的作 用，選項C錯誤；閉合開關線框轉動，說明了通電線框在磁場中受到力的作用，選項 D錯誤.
電磁感應現象的探索歷程
（1）1820年，丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應，證實了電和磁存在著 必然的聯系，拉開了研究電與磁聯系的序幕.
（2）英國物理學家法拉第經過十年不懈的探索，在1831年第一次發現了“磁生 電”現象，并從中領悟到“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現的效應.
A
B
C
D
B
解析：選項A是用來探究影響安培力大小的因素的實驗；選項B是研究電磁感應現象 的實驗，觀察導體棒在磁場中做切割磁感線運動時是否會產生感應電流；選項C是用 來探究安培力的方向與哪些因素有關的實驗；選項D是奧斯特實驗，證明通電導線周 圍存在磁場.
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研習任務三　產生感應電流的條件
合作　討論
1825年，瑞士物理學家德拉里夫的助手科拉頓將一個螺線管與電流計相連.為了 避免強磁性磁鐵影響，他把電流計放在另外一個房間，用長導線把“電流表”和螺線 管連接起來.當他把磁鐵投入螺線管中后，立即跑到另一個房間去觀察（如圖）.他在 兩個房間跑來跑去，沒有觀察到電流表指針擺動.電路中有沒有產生感應電流呢？
提示：科拉頓把磁鐵投入螺線管的瞬間，回路中產生感應電流，磁鐵靜止后感應電流消失，所以當他跑到另一房間時，電流表指針早已停止了擺動.故科拉頓觀察不到電流計指針的偏轉.
教材　認知
一、電磁感應現象
1. 在下列三個探究中不同的操作下，閉合回路能產生電流的有 ， 不能產生感應電流的有 .
探究一：如圖甲所示，導體在磁場中運動.
操作：①當導體棒AB在磁場中靜止或者平行于磁感線運動時；②當導體棒AB做切割 磁感線運動時.
探究二：如圖乙所示，條形磁鐵插入或拔出螺線管.操作：③條形磁鐵靜止在螺線管 中；④條形磁鐵插入螺線管；⑤條形磁鐵拔出螺線管.
探究三：如圖丙所示，磁場和導體無相對運動.操作：⑥保持螺線管A中的電流不變； ⑦增大螺線管A中的電流；⑧減小螺線管A中的電流；⑨斷開開關瞬間.
②④⑤⑦⑧⑨　
①③⑥　
2. 產生感應電流的條件：只要穿過閉合回路的 發生變化，閉合回路中就 產生電流.
3. 電磁感應：因閉合回路中 變化而產生電流的現象.
4. 感應電流： 中所產生的電流.
磁通量　
磁通量　
電磁感應　
二、電磁感應的應用
1. 電磁感應現象的發現，進一步推動了電磁技術的發展，引領人類社會進入了電氣 時代.
2. 電磁感應應用在計算機磁盤與磁記錄、 、動圈式話筒等.
[思考]　某一時刻穿過閉合回路的磁通量為零時，回路一定無感應電流嗎？
提示：不一定，如果穿過閉合回路的磁通量正在變化，只是某一時刻磁通量為零，則 回路中會產生感應電流.
無線充電　
核心　歸納
1. 感應電流產生的必要條件是穿過閉合電路的磁通量發生變化，所以判斷感應電流 有無時必須明確以下兩點：
（1）明確電路是否為閉合電路；
（2）判斷穿過回路的磁通量是否發生變化.
2. 判斷電磁感應現象是否發生的一般流程
（1）確定研究的閉合回路；
（2）弄清楚回路內的磁場分布，并確定該回路的磁通量Φ；
（3）磁通量變化與感應電流的產生
C
A. 只要線圈A中電流足夠強，小磁針就會發生偏轉
B. 線圈A閉合開關電流穩定后，線圈B匝數較少時小磁針不偏轉，匝數足夠多時小磁針偏轉
C. 線圈A和電池接通瞬間，小磁針會偏轉
D. 線圈A和電池斷開瞬間，小磁針不會偏轉
[解析]　小磁針會不會偏轉取決于線圈B中有沒有電流，而B中有沒有電流取決于線圈 B中的磁通量是否發生變化，當線圈A中電流足夠強，但不變化時，B中無感應電流， 磁針不會發生偏轉，A錯；當線圈A閉合開關電流穩定后，穿過線圈B的磁通量不發生 變化，所以小磁針也不會發生偏轉，故B錯；當線圈A和電池接通或斷開的瞬間，穿 過線圈B的磁通量發生變化，所以B中有感應電流，則小磁針會偏轉，故C對，D錯.
（1）在閉合回路中是否產生感應電流，取決于穿過回路的磁通量是否發生變 化，而不取決于回路里是否有磁通量.
（2）磁通量發生變化，主要表現為兩種形式：一種是回路的面積不變，而穿過 回路的磁場變化從而引起磁通量發生變化，ΔΦ＝ΔBS，回路中產生感應電流；另一種 是磁場不變，而回路面積發生變化從而引起磁通量發生變化，即ΔΦ＝BΔS，回路中產 生感應電流.閉合回路的一部分導體做切割磁感線運動產生感應電流屬于第二種情況.
甲
乙
丙
A. 如圖甲所示，導體棒AB順著磁感線運動
B. 如圖乙所示，條形磁體插入或抽出線圈
C. 如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S一直閉合
D. 如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S一直閉合，改變滑動變阻 器接入電路的阻值
BD
解析：導體棒順著磁感線運動，沒有切割磁感線，穿過閉合電路的磁通量沒有發生變 化，無感應電流，故選項A錯誤；條形磁體插入線圈時線圈中的磁通量增加，抽出線 圈時線圈中的磁通量減少，都產生感應電流，故選項B正確；開關S一直閉合，回路 中為恒定電流，螺線管A產生的磁場穩定，螺線管B中的磁通量無變化，線圈中不產 生感應電流，故選項C錯誤；開關S一直閉合，滑動變阻器接入電路的阻值變化，回 路中的電流變化，螺線管A產生的磁場發生變化，螺線管B中磁通量發生變化，產生 感應電流，故選項D正確.
甲
乙
丙
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課后提素養
×
×
√
×
A. 磁場對電流產生力的作用
B. 變化的磁場使閉合電路中產生電流
C. 插在通電螺線管中的軟鐵棒被磁化
D. 電流周圍產生磁場
解析：電磁感應現象指的是處在變化的磁場中的閉合回路中產生感應電流的現象，選 項B正確.
B
A. n（B2－B1）S
B. n（B2＋B1）S
C. （B2－B1）S
D. （B2＋B1）S
解析：設豎直向上為磁感應強度的正方向，則末狀態的磁通量Φ2＝B2S，初狀態的磁 通量Φ1＝－B1S，因為磁感應方向相反，則線圈內的磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝ （B2＋B1）S，與線圈匝數無關，故D正確，A、B、C錯誤.
D
中檔　題組
甲
乙
A. 錄音機錄音時利用了電磁感應原理，放音時利用了電流的磁效應
B. 錄音機放音時，變化的磁場在靜止的線圈內激發起感應電流
C. 錄音機放音時，線圈中變化的電流在磁頭縫隙中產生變化的磁場
D. 錄音機錄音時，線圈中變化的電流在磁頭縫隙中產生變化的磁場
BD
解析：錄音時是電生磁，利用了電流的磁效應；放音時是磁生電，利用了電磁感應原 理，A錯誤；錄音時，聲音先轉變成強弱變化的電流，這樣的電流通過錄音磁頭，產 生了強弱變化的磁場，磁帶劃過磁頭時，磁帶上的小顆粒被強弱不同的磁場磁化，于 是記錄了一連串有關磁性變化的信息；放音時，磁帶貼著放音磁頭運動，被磁化的小 顆粒產生的強弱變化的磁場使放音磁頭中產生強弱變化的感應電流，電流經放大后使 揚聲器發聲，這便“讀”出了磁帶中記錄的信息，故B、D正確，C錯誤.
甲
乙
A. 使線圈在其平面內平動或轉動
B. 使線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動
C. 使線圈以ac為軸轉動
D. 使線圈以bd為軸稍做轉動
D
解析：線圈在勻強磁場中運動，磁感應強度B為定值，由ΔФ＝B·ΔS知：只要回路中相 對磁場的正對面積改變量ΔS≠0，則磁通量一定要改變，回路中一定有感應電流產生. 當線圈在紙面內平動或轉動時，線圈相對磁場的正對面積始終為零，因此ΔS＝0，因 而無感應電流產生，A錯誤；當線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動時，同樣ΔS＝ 0，因而無感應電流產生，B錯誤；當線圈以ac為軸轉動時，線圈相對磁場的正對面積 改變量ΔS仍為零，回路中仍無感應電流，C錯誤；當線圈以bd為軸稍做轉動時，線圈 相對磁場的正對面積發生了改變，因此在回路中產生了感應電流.故選D.
A. 線圈中通以恒定的電流
B. 通電過程中，使變阻器的滑片P做勻速移動
C. 通電過程中，使變阻器的滑片P做加速移動
D. 將電鍵突然斷開的瞬間
解析：線圈中通以恒定的電流，銅環A中磁通量不變，銅環A中沒有感應電流，A 錯；變阻器的滑片P做勻速、加速移動時，線圈中電流變化，銅環A中磁通量發生變 化，銅環A中有感應電流，B、C對；將電鍵突然斷開的瞬間，線圈中電流變為零，銅 環A中磁通量發生變化，銅環A中有感應電流，D對.
BCD
C
A. 開關S閉合前，通過螺線管的磁通量為零
B. 開關S閉合瞬間，通過螺線管的磁通量不變
C. 開關S閉合瞬間，靈敏電流計指針不發生偏轉
D. 開關S閉合，抽出磁鐵過程中，靈敏電流計指針發生偏轉
BCD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
A. 進入勻強磁場區域的過程中，線框ABCD中有感應電流
B. 在勻強磁場中加速運動時，線框ABCD中有感應電流
C. 在勻強磁場中勻速運動時，線框ABCD中沒有感應電流
D. 離開勻強磁場區域的過程中，線框ABCD中沒有感應電流
解析：線框ABCD在進入和離開勻強磁場區域時，穿過線框的磁通量發生變化， 線框ABCD中有感應電流，選項A正確，D錯誤；線框ABCD在勻強磁場中運動 時，無論加速還是勻速，磁通量都沒發生變化，線框ABCD中沒有感應電流，選 項C正確，D錯誤.
AC
1
2
3
4
5
6
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10
11
A. 當磁鐵向紙面外平移時，線框中產生感應電流
B. 當磁鐵向上平移時，線框中產生感應電流
C. 當磁鐵向下平移時，線框中產生感應電流
D. 當磁鐵N極向紙外，S極向紙里繞OO'軸轉動時，線框中產生感應電流
解析：A、B、C錯：三種情況下，穿過線框的磁通量為零，不產生感應電流.D對： 圖示時刻穿過正方形線框的磁通量為零，當N極向紙外，S極向紙里繞OO'軸轉動時， 通過線框的磁通量增大，則線框中產生感應電流.
D
1
2
3
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6
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11
　 　A　 　　　B　　　　C　　　 　D　
AD
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5
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7
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11
甲
乙
丙
丁
B
A. 圖甲中矩形線框向右加速運動
B. 圖乙中矩形線框以OO'為軸勻速轉動
C. 圖丙中矩形線框以OO'為軸勻速轉動
D. 圖丁中矩形線框斜向上運動
1
2
3
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11
解析：題圖甲中線框中的磁通量不發生變化，故沒有感應電流，選項A錯誤；題圖乙 中線圈轉動過程中線框中的磁通量發生變化，有感應電動勢產生，同時構成閉合回 路，故有感應電流產生，選項B正確；題圖丙中線框平面與磁感線始終平行，磁通量 始終為零，故沒有感應電流產生，選項C錯誤；題圖丁中線框平面與磁感線始終平 行，磁通量始終為零，故沒有感應電流產生，選項D錯誤.
甲
乙
丙
丁
1
2
3
4
5
6
7
8
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11
6. 在“探究電磁感應的產生條件”實驗中，實驗連線后如圖所示.
（1）接通電源，閉合開關，G表指針會向左有較大的偏轉，幾秒后G表指針停在中間 不動.將滑動變阻器的滑片迅速向右滑動時，G表指針 （填“不動”“右 偏”“左偏”或“不停振動”）；迅速抽出鐵芯時，G表指針 （填“不 動”“右偏”“左偏”或“不停振動”）.
解析（1）由題意，磁通量增加，G表指針左偏；將滑動變 阻器的滑片迅速向右滑動時，連入電路中的電阻減小，回 路電流變大，磁通量增加，故感應電流使G表指針左偏； 迅速抽出鐵芯時，磁通量減小，產生的感應電流方向與上 述方向相反，則G表指針右偏.
左偏　
右偏　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
（2）斷開開關和電源，將鐵芯重新插入內線圈中，把直流輸出改為交流輸出，其他 均不變.接通電源，閉合開關，G表指針 （填“不動”“右偏”“左 偏”或“不停振動”）.
解析（2）斷開開關和電源，將鐵芯重新插入內線圈中， 把直流輸出改為交流輸出，其他均不變.接通電源，閉合 開關，由于穿過線圈的磁通量大小方向都不斷變化，在線 圈A中產生的感應電流大小方向不斷變化，則G表指針不 停振動.
不停振動　
1
2
3
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7
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10
11
A. 使通電螺線管中的電流發生變化
B. 使螺線管繞垂直于線圈平面且過線圈圓心的軸轉動
C. 使線圈a以MN為軸轉動
D. 使線圈繞垂直于MN的直徑轉動
解析：A、B、C錯：在A、B、C項所述的三種情況中，穿過線圈a的磁通量始終為 零，因此不產生感應電流.D對：當線圈繞垂直于MN的直徑轉動時，穿過線圈的磁通 量發生變化，會產生感應電流.
D
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A. 閉合開關后小燈泡可能發光
B. 若閉合開關后小燈泡發光，再將B線圈靠近A，則小燈泡更亮
C. 閉合開關瞬間，小燈泡才能發光
D. 若閉合開關后小燈泡不發光，將滑動變阻器滑片左移后，小燈泡可能會發光
AB
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解析：A對：因回路接入的是交流電，所以當開關閉合后，線圈A中有變化的電流， 產生變化的磁場，所以通過線圈B的磁通量變化，回路中有感應電流，小燈泡可能發 光.B對：若閉合開關后小燈泡發光，再將B線圈靠近A，穿過B的磁通量變化更劇 烈，產生的電流更大，所以小燈泡會更亮.C錯：因回路接入的是交流電，閉合開關 后，線圈B仍能產生感應電流.D錯：若閉合開關后小燈泡不發光，說明線圈B中電流 過小，當滑片向左移時，A中電流減弱，B中的感應電流變小，小燈泡不會發光.
1
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5
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A. 開關S閉合或斷開的瞬間
B. 開關S是閉合的，滑動觸頭向左滑
C. 開關S是閉合的，滑動觸頭向右滑
D. 開關S始終閉合，滑動觸頭不動
解析：開關S閉合或斷開的瞬間，開關S閉合、滑動觸頭向左或向右滑的過程，都會使 通過導線ab的電流發生變化，使穿過cd回路的磁通量發生變化，從而在cd導線中產生 感應電流，故選項A、B、C正確.
ABC
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10. 如圖所示，線圈Ⅰ與電源、開關、滑動變阻器相連，線圈Ⅱ與電流計 相連，線圈Ⅰ 與線圈Ⅱ繞在同一個鐵芯上，在下列情況下，電流計 中是否有示數？
（1）開關閉合瞬間；
解析：（1）開關閉合時線圈Ⅰ中電流從無到有，故電流形成 的磁場也從無到有，穿過線圈Ⅱ的磁通量也從無到有，故線圈 Ⅱ中產生感應電流，電流計 有示數.
答案：（1）有
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（2）開關閉合穩定后；
解析：（2）開關閉合穩定后，線圈Ⅰ中電流穩定不變，電流 形成的磁場不變，此時線圈Ⅱ中雖有磁通量但磁通量穩定不 變，故線圈Ⅱ中無感應電流產生，電流計 無示數.
答案：（2）無
（3）開關閉合穩定后，來回移動滑動變阻器的滑片；
解析：（3）開關閉合穩定后，來回移動滑動變阻器的滑片，電阻變化，線圈Ⅰ中的電 流變化，電流形成的磁場也發生變化，穿過線圈Ⅱ的磁通量也發生變化，故線圈Ⅱ中 有感應電流產生，電流計 有示數.
答案：（3）有
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（4）開關斷開瞬間.
解析：（4）開關斷開瞬間，線圈Ⅰ中電流從有到無，電流形 成的磁場也從有到無，穿過線圈Ⅱ的磁通量也從有到無，故線 圈Ⅱ中有感應電流產生，電流計 有示數.
答案：（4）有
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11. 如圖所示，固定于水平面上的金屬框架CDEF處在豎直向下的勻強磁場中，金屬 棒MN沿框架以速度v向右做勻速運動.t＝0時，磁感應強度為B0，此時MN到達的位置 使MDEN構成一個邊長為l的正方形.為使MN棒中不產生感應電流，從t＝0開始，磁感 應強度B應怎樣隨時間t變化？請推導出這種情況下B與t的關系式.
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答案：見解析
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