题目内容
()1. 如图甲所示区域(图中直角坐标系Oxy的1、3象限)内存在匀强磁场,磁感应强度方向垂直于纸面向里,大小为B。半径为l,圆心角为60°的扇形导线框OPQ以角速度ω绕固定转轴O在纸面内沿逆时针方向匀速转动,导线框回路电阻为R。
(1)求线框中感应电流的最大值I0及变化的周期。
(2)如果外力垂直作用在OP的中点,则外力的最大值为多少?在电流变化一个周期内,外力做的功是多少?
(3)在图乙中,画出线框在旋转一周的时间内感应电流I随时间t的变化的图象。(规定图甲中线框位置的相应时刻为t=0,线框中逆时针电流方向为正)
见解析
解析:
(1)线圈在只有一条边在磁场中时,感应电流最大:
![]()
等效切割速度为![]()
(1分)
(1分)
从OQ边进入磁场转180°,到将要再次进入磁场时为一个周期,所以:
(2分)
(2)电流最大时,安培力最大,此时所需要的推力最大
由线框匀速转动可知力矩平衡:
,(1分)
解出
(1分)
在一个周期内外力不为零时力的作用点转过的弧长为:
(1分)
外力做的功为:
=
(2分)
(也可用电流做功来求解)
(3)如图所示:(3分)
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