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电磁感应
(四)电磁感应中求电量归纳 1、由交流电中的平均电流求电量 交流电流的描述量有效值、最大值和平均值,有效值是从电流产生焦耳热相等的角度出发,使交流电与恒定电流等效;交流电的平均值是从电流通过导线横截面的电量相等的角度出发,使交流电与恒定电流等效,故有效值用来求热量和功率以及保险丝的熔断电流,而平均电流用来求电量,最大值用来求电容器的击穿电压。 例 2、如图所示,矩形线圈 abcd 在磁感强度 B=2T 的匀强磁场中绕轴 OO′ ,以角速度 ω=10πrad/s 匀速转动,线圈共 10 匝, ab=0. 3m , bc= 0.6m ,负载电阻 R= 45Ω 。 求:( l )电阻 R 在 0.05s 内所发出的热量; ( 2 ) 0.05s 内流过的电量(设线圈从垂直中性面开始转动)。 点评:交流电的有效值是从电流产生焦耳热相等的角度出发,使交流电与恒定电流等效;交流电的平均值是从电流通过导线横截面的电量相等的角度出发,使交流电与恒定电流等效,两个概念的出发点不同。 4、用微积分思想求电量 例5、 如图所示,匀强磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度T,OCA导轨与OA直导轨分别在O点和A点接一阻值和几何尺寸可忽略的定值电阻,导轨OCA的曲线方程为 (m).金属棒ab长1.5米,以速度 m/s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R1和R2外,其余电阻均不计,曲线OCA与x轴之间所围面积约为1.9m2,求: (1)金属棒在导轨上运动从X=0到X=3m的过程中通过金属棒ab的电量; (2)金属棒在导轨上运动从X=0到x=3m的过程中,外力必须做多少功? 分析与解: 电动势的最大值为 ε m = 2nBLv=nBSω =10×20.3×0.6×10π=113.1 (V ) 所以 0.05s 内 R 上发出的热量 Q=I 2 Rt=5.76 ( J ) 2、用动量定理求电量 在电磁感应中,往往会遇到被研究对象在磁场力(变力)作用下,做一般的变速运动求电量的问题。 方法:避开中间过程,分析各有关物理量的初、末状态情况,思维切入点是分析运动稳定时的速度。 当导体棒只受安培力作用时,安培力对棒的冲量为: F安·t = BIlt, 其It即为该过程中电磁感应时通过导体的电量q,即安培力冲量为Bql.当两个过程中磁通量φ变化量Δφ相同时,由q= n△ф/(R+r)可知 此时通过的电量也相同,安培力冲量也相同. 又由动量定理得F安△t=△p, 所以 例3 、 如图所示,长为L,电阻r=0.3Ω、质量m=0.1kg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R=0.5Ω的电阻,量程为0~3.0A的电流表串接在一条导轨上,量程为0~1.0V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平面.现以向右恒定外力F使金属棒右移,当金属棒以v=2m/s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: (1)此满偏的电表是什么表?说明理由. (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. A V R F × × × × × × × × × × × × C D 图3 解析: (1)若电流表满偏,则U=IR=3.0A×0.5Ω= 1.5V,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F=F安,其中 F安=BIL。 而 . 代入数据F=1.6N. (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 q=0.25C. 3、用法拉第电磁感应定律求电量 求电磁感应过程中通过电路的电量时,用到的是平均电流和平均电动势,所以通常用E=n△ф/△t,即q= n△ф/(R+r) 所以,通过电路的电量仅由电阻磁通量的改变量决定. 例4.一电阻为R的金属圆环,放在匀强磁场中,磁场与圆环所在平面垂直,如图(a)所示.已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图(b)所示,图中的最大磁通量φ0和变化周期T? 都是已知量,求?在t= 0到t=T/4的时间内,通过金属圆环某横截面的电荷量q. ?解析: 在t=0到t=T/4时间内,环中的感应电动势? ???E1=n△ф/△t?? 在以上时段内,环中的电流为I1=E1/R ??? 则在这段时间内通过金属环某
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