如圖(a)所示,一端封閉的兩條平行光滑導軌相距L,距左端L處的中間一段被彎成半徑為H的1/4圓弧,導軌左右兩段...
問題詳情:
如圖(a)所示,一端封閉的兩條平行光滑導軌相距L,距左端L處的中間一段被彎成半徑為H的1/4圓弧,導軌左右兩段處於高度相差H的水平面上。圓弧導軌所在區域無磁場,右段區域存在磁場B0,左段區域存在均勻分佈但隨時間線*變化的磁場B(t),如圖(b)所示,兩磁場方向均豎直向上。在圓弧頂端,放置一質量為m的金屬棒ab,與導軌左段形成閉合迴路,從金屬棒下滑開始計時,經過時間t0滑到圓弧頂端。設金屬棒在迴路中的電阻為R,導軌電阻不計,重力加速度為g。
(1)問金屬棒在圓弧內滑動時,迴路中感應電流的大小和方向是否發生改變?為什麼?
(2)求0到時間t0內,迴路中感應電流產生的焦耳熱量。
(3)探討在金屬棒滑到圓弧底端進入勻強磁場B0的一瞬間,迴路中感應電流的大小和方向。
【回答】
解:(1)感應電流的大小和方向均不發生改變。因為金屬棒滑到圓弧任意位置時,迴路中磁通量的變化率相同。 ①
(2)0―t0時間內,設迴路中感應電動勢大小為E0,感應電流為I,感應電流產生的焦耳熱為Q,由法拉第電磁感應定律:
②
根據閉合電路的歐姆定律: ③
由焦定律及②③有: ④
(3)設金屬進入磁場B0一瞬間的速度變v,金屬棒在圓弧區域下滑的過程中,機械能守恆:
⑤
在很短的時間內,根據法拉第電磁感應定律,金屬棒進入磁場B0區域瞬間的感應電動勢為E,則:
⑥
由閉合電路歐姆定律及⑤⑥,求得感應電流:
⑦
根據⑦討論:
I.當時,I=0;
II.當時,,方向為;
III.當時,,方向為。
知識點:電磁感應單元測試
題型:計算題
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