题目内容
在图复19-2中,半径为
的圆柱形区域内有匀强磁场,磁场方向垂直纸面指向纸外,磁感应强度
随时间均匀变化,变化率
(
为一正值常量),圆柱形区外空间没有磁场,沿图中
弦的方向画一直线,并向外延长,弦
与半径
的夹角
.直线上有一任意点,设该点与
点的距离为
,求从
沿直线到该点的电动势的大小.
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由于圆柱形区域内存在变化磁场,在圆柱形区域内外空间中将产生涡旋电场,电场线为圆,圆心在圆柱轴线上,圆面与轴线垂直,如图中虚点线所示.在这样的电场中,沿任意半径方向移动电荷时,由于电场力与移动方向垂直,涡旋电场力做功为零,因此沿半径方向任意一段路径上的电动势均为零.
1.任意点在磁场区域内:令
为任意点(见图复解19-2-1)
,在图中连直线
与
。取闭合回路
,可得回路电动势
,式中
,
,
分别为从
到
、从
到
、从
到
的电动势。由前面的分析可知
,
,故
(1)
令
的面积为
,此面积上磁通量
,由电磁感应定律,回路的电动势大小为
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根据题给的条件有
(2)
由图复解19-2-2可知
(3)
由(1)、(2)、(3)式可得沿
线段的电动势大小为
(4)
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2.任意点在磁场区域外:令
为任意点(见图复解19-2-2),
。在图中连
、
。取闭合回路
,设回路中电动势为
,根据类似上面的讨论有
(5)
对于回路
,回路中磁通量等于回路所包围的磁场区的面积的磁通量,此面积为
,通过它的磁通量
。根据电磁感应定律可知回路中电动势的大小
(6)
在图中连
,令
,则
,于是
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当
时,
,
中有
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于是得
(7)
由(5)、(6)、(7)式可得沿
线的电动势的大小为
(8)