(2)t=t1秒时,B=B0+kt1
F=BIL
∴F=(B0+kt1)kL3/r
(3)总磁通量不变BL(L+vt)=B0L2
∴B=B0L/(L+vt)
拓展:本题设置了合理的台阶。(1)因磁通量增大产生感应电动势和感应电流,在简单情况 考查法拉第电磁感应定律和全电路欧姆定律。(2)考查考生是否知道金属棒ab受到的磁场力是随时间变化的,在这里死记公式就不一定奏效了。(3)磁场在变化,加上导体棒的运动要不产生感应电流,要求考生能综合两个因素,抓住磁通量不变这个关键来解题。2003年江苏省高考题再次出现类似问题,说明我们平时要多训练综合分析能力。
例6 法拉第圆盘发电机的原理分析。图4-3-24甲是法拉第圆盘发电机的照片,乙是圆盘发电机的侧视图,丙是发电机的示意图。设CO=r,匀强磁场的磁感应强度为B,电阻为R,圆盘顺时针转动的角速度为ω。(1)说明感应电流的方向;(2)不计圆盘的电阻,求感应电流的大小。
解析 我们可以把圆盘分割成无数条很细的金属条(有点象自行车的辐条),那么每一根金属条都在切割磁感线,每一根金属条都是一个电源。
(1)由于的两端分别接在圆心和圆周边上,所以这无数个电源是并联在CO之间,在丙图中用右手定则可以判定电源CO的正极是O和D点(也就是说圆盘的边缘是电源的正极),所以电流的方向是O-R-C-O(请注意O和D的电势是相等的)。
(2)关于OC的电动势的计算,如果用公式E=lvB,虽然符合l、v、B三者两两垂直的条件,但是OC上各点的速度不同就成了一个问题。因为从C到O点速度是均匀变化的,所以可以用CO上各点的平均速度作为切割磁感线的有效速度。即v=(vC+v0)/2=ωr/2,E=rvB=ωr2B/2。所以电流大小为I=ωr2B/2R。
拓展 如果把此圆盘挖去半径为r/2的同心圆,仍以角速度ω绕C点顺时针转动,原来接C点的导线接在圆盘的内侧,圆盘切割磁感线的平均速度应为v=(ωr/2+ωr )/2=3ωr /4,圆盘的电动势就是E=3ωr2B /4。希望读者注意平均速度的求法。
[能力训练]