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高考物理:用負(fù)反饋、解決電磁感應(yīng)切割問題

2008-02-15 13:50:30城市快報文章作者:祖曉寧

  天津市第四十二中學(xué) 祖曉寧

  電磁感應(yīng)的計算主要分為兩大類,一類為通過磁通量的改變來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,這種方法主要應(yīng)用公式E=-,求得的一般是平均電動勢;另一類即為導(dǎo)體桿切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E=BvL的問題,我主要闡述導(dǎo)體桿切割磁感線這類問題。這類問題的解題思路通常是運用負(fù)反饋原理:運動——產(chǎn)生電流從而產(chǎn)生安培力——阻礙相對運動——達(dá)到最終狀態(tài)。

  講解感應(yīng)電動勢的問題首先要明確:在電路中如果有兩個電源,并且這兩個電源是互相削弱的關(guān)系時,需考慮哪個電源電壓較大,即回路中的電流方向與電壓較大的電源電流同向。

  一、首先介紹一種簡單情況:導(dǎo)體桿在磁場中轉(zhuǎn)動切割的問題。

  思路:由于法拉第電磁感應(yīng)定律ε=Blv適用于導(dǎo)體平動且速度方向垂直于磁感線方向的特殊情況。將轉(zhuǎn)動問題轉(zhuǎn)化為平動作等效處理。因為v=ωl,可以用導(dǎo)體中點的速度的平動產(chǎn)生的電動勢等效于導(dǎo)體桿轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。這里的等效是指產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同,其前提是線速度與角速度和半徑成正比。

  例1-1、如圖11-12所示,長為6m的導(dǎo)體AB在磁感強度B=0.IT的勻強磁場中,以AB上的一點O為軸,沿著順時針方向旋轉(zhuǎn)。角速度ω=5rad/s,O點距A端為2m,求AB的電勢差。

  解析:v中BO=-=-①

  BO=B·BO·v中BO=4(V)②

  UBO=UB-U0=BO=4(V)③

  同理,v中BO=-=-

  AO=B·AO·v中AO=1(V)

  UAO=UA-U0=AO=1(V)

  UAB=UA-UB=(UA-UO)-(UB-UO)

  UAB=UAO-UBO=1-4=-3(V)

  (完畢)

  例1-2、一直升飛機停在南半球的地磁極上空。該處地磁場的方向豎直向上,磁感應(yīng)強度為B。直升飛機螺旋槳葉片的長度為l,螺旋槳轉(zhuǎn)動的頻率為f,順著地磁場的方向看螺旋槳,螺旋槳按順時針方向轉(zhuǎn)動。螺旋槳葉片的近軸端為a,遠(yuǎn)軸端為b,如圖所示。如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離,用ε表示每個葉片中的感應(yīng)電動勢,則

  A.=fl2B,且a點電勢低于b點電勢

  B.=-2fl2B,且a點電勢低于b點電勢

  C.=fl2B,且a點電勢高于b點電勢

  D.=-2fl2B,且a點電勢高于b點電勢

  解析:對于螺旋槳葉片ab,其切割磁感線的速度是其做圓周運動的線速度,螺旋槳不同的點線速度不同,但滿足v=R,可求其等效切割速度v=-=fl,運用法拉第電磁感應(yīng)定律=Blv=fl2B;由右手定則判斷電流的方向為由a指向b,在電源內(nèi)部電流由負(fù)極流向正極,所以a點電勢低于b點電勢。

[標(biāo)簽:高考 電磁感應(yīng) 物理]

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