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.


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。取闭合回路,可得回路电动势,式中分别为从、从、从的电动势。由前面的分析可知,故

                                           (1)

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

           

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)

                                                                             

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

           

时,

中有

               

               

                

               

于是得

                                       (7)

由(5)、(6)、(7)式可得沿线的电动势的大小为

                                          (8)


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