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题目(2014年高考理科综合新课标Ⅱ第25题)半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r、质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面,BA的延长线通过圆导轨中心O,装置的俯视图如图1所示.整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下.在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出).直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触.设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,导体棒和导轨的电阻均可忽略.重力加速度大小为g.求:(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小;(2)外力的功率.
原试题答案(1)在Δt时间内,导体棒扫过的面积为
根据法拉第电磁感应定律,导体棒上感应电动势的大小为
ε=BΔSΔt(2)
根据右手定则,感应电流的方向是从B端流向A端.因此,通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端.由欧姆定律可知,通过电阻R的感应电流的大小I满足
I=εR(3)
联立(1)、(2)、(3)式得I=2ωBr22R(4)
此题为今年理综的物理压轴题,从以上解题步骤和过程来看确实比较复杂,公式多,运算繁琐.但是若能想到平均速度的公式,把这个电动势认为是动生电动势,利用公式ε=Blv求解比较简单.以下是求解过程:
电流方向先根据右手定则判断AB中的电流方向由B指向A,根据闭合电路的知识可得R的感应电流方向为:C指向D.
(2)根据能量转化和守恒定律知
比较以上两种方法可以看出后者明显要比前者的过程简单,思路清晰,但关键是要熟悉平均速度公式和功率与速度的关系式.平均速度公式主要运用于运动学知识,但在电磁感应中用了以后感觉也是很有技巧的,给这道题的解题过程带来了很大的方便和简化.
原试题答案(1)在Δt时间内,导体棒扫过的面积为
根据法拉第电磁感应定律,导体棒上感应电动势的大小为
ε=BΔSΔt(2)
根据右手定则,感应电流的方向是从B端流向A端.因此,通过电阻R的感应电流的方向是从C端流向D端.由欧姆定律可知,通过电阻R的感应电流的大小I满足
I=εR(3)
联立(1)、(2)、(3)式得I=2ωBr22R(4)
此题为今年理综的物理压轴题,从以上解题步骤和过程来看确实比较复杂,公式多,运算繁琐.但是若能想到平均速度的公式,把这个电动势认为是动生电动势,利用公式ε=Blv求解比较简单.以下是求解过程:
电流方向先根据右手定则判断AB中的电流方向由B指向A,根据闭合电路的知识可得R的感应电流方向为:C指向D.
(2)根据能量转化和守恒定律知
比较以上两种方法可以看出后者明显要比前者的过程简单,思路清晰,但关键是要熟悉平均速度公式和功率与速度的关系式.平均速度公式主要运用于运动学知识,但在电磁感应中用了以后感觉也是很有技巧的,给这道题的解题过程带来了很大的方便和简化.