高中物理——怎么求电磁感应中的电量?

2018年10月09日 浏览:

1、用法拉第电磁感应定律

由闭合电路欧姆定律得:

由法拉第电磁感应定律得:

所以

例1、放在绝缘水平面上的两条平行导轨MN和PQ之间的宽度为L,置于磁感应强度为B的匀强磁场中,B的方向垂直于导轨平面,导轨左端接有阻值为R的电阻,其它部分电阻不计。导轨右端接一电容为C的电容器,长为2L的金属棒放在导轨上,与轨导垂直且接触良好,其a端放在导轨PQ上。现将金属棒以a端为轴,以角速度沿导轨平面顺时针旋转90o,如图1所示,求这个过程中通过电阻R的总电量是多少?(设导轨长度比2L长得多)

图1

分析:从ab棒开始旋转,直到b端脱离导轨的过程中,其感应电动势不断增大,对C不断充电,同时又与R构成回路。通过R的电量为:

式中等于ab所扫过的三角形的面积,如图2中虚线所示。

图2

东86fb元9d3641b8优司是公-有件科学5fe7慧升软4a15西限途技广根费网
所以

所以

当ab棒运动到b”时,电容C上所带电量为

此时

所以

当ab脱离导轨后,C对R放电,通过R的电量为q”,所以整个过程中通过R的总电量为:

2、用动量定理

在金属棒只受到安培力时,由动量定理得,其中安培力,所以.

例2、如图3所示,长为L,电阻,质量的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上。两条导轨间距也是L,棒与导轨间接触良好,导轨电阻不计,导轨左端接有的电阻,量程为的电流表串接在一条导轨上,量程为的电压表接在电阻R的两端,垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过导轨平面。现以向右恒定外力F使金属棒右移,当金属棒以的速度在导轨平面上匀速滑动时,观察到电路中的一个电表正好满偏,而另一个电表未满偏,问:

图3

(1)此满偏的电表是什么表?说明理由。

学5fe7优软4a15西司是91edbd6d网升慧途技广根费径东86fb公-件有限元9d3641b8科 (2)拉动金属棒的外力F多大?

(3)此时撤去外力F,金属棒将逐渐慢下来,最终停止在导轨上,求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中,通过电阻R的电量。

分析:(1)若电流表满偏,则

大于电压表量程,所以应是电压表满偏

(2)金属棒匀速滑动时,有

其中

所以

代入数据得:

(3)由电磁感应定律得:

由闭合电路欧姆定律得:

所以

代入数据得:

3、用微积分思想

例3、如图4所示,匀强磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度,OCA导轨与OA直导轨分别在O点和A点接一阻值且几何尺寸可忽略的定值电阻,导轨OCA的曲线方程为:

图4

金属棒ab长1.5m,以速度水平向右匀速运动(b点始终在x轴上)。设金属棒与导轨接触良好,摩擦不计,电路中除了电阻外,其余电阻均不计,曲线OCA与x轴之间所围面积约为,求:

(1)金属棒在导轨上从x=0运动到的过程中通过金属棒ab的电量;

(2)金属棒在导轨上从x=0运动到的过程中,外力必须做多少功?

分析:(1)将OA分成n份长度为的小段,每一小段中金属棒的有效长度可认为是一定的,设为(1,2,3…n)。金属棒向右匀速运动,设每通过的位移所用的时间为,通过的电量为:

其中为金属棒每通过所扫过的有效面积,设为,所以

金属棒在导轨上从运动到的过程中,通过金属棒ab的电量为:

式中S即为曲线OCA与x轴之间所围的面积,代入数据得:

(2)因为

科af7eed91有限费元9d3641b860aceeab4391方件秀途是技9b94广根费径司是91edbd6d4842智方916b公上-4558优东86fb升习根慧学5fe7网aa24软4a15西5b63 所以ab棒产生的是正弦式交变电流,且,由,得金属棒在导轨上从运动到的过程中,产生的热量

式中为OA的长度。

由“功是能量转化的量度”有

代入数据得:

在求解电量的习题中,常常有同学利用回路中产生的热量求出电流,继而求得电量,这种解法在电流的有效值不等于平均值的情况下是错误的。例如就不能利用本题第(2)问中的电量和求出电流,再用焦耳定律求产生的热量。

例2中的第(3)问也可以运用微积分思想解答,同学们不妨一试。