题目内容

9.如图所示,OAC的半径为l,圆心角为120°的扇形金属框,O点为圆心,OA边与OC边电阻不计,圆弧AC单位长度的电阻相等,总阻值为4r,长度也为l,电阻为r的金属秆OD绕点O从OA位置以角速度ω顺时针匀速转动,整个过程中金属秆两端与金属框接触良好,求金属秆OD转过60°时它两端的电压U的大小.

分析 由E=BLv求出感应电动势,画出电路图,由欧姆定律求出电压.

解答 解:设金属杆OD旋转切割磁感线产生的感应电动势为E,
感应电动势:E=Bl$\frac{1}{2}•\overline{v}$=$\frac{1}{2}$Bl2ω…①
金属杆OD转过60°时,该结构的等效电路图如图所示,
由题意可知:RAD=RDC=2r…②
由串并联电路的规律可知:
电路外电阻R=$\frac{{R}_{AD}•{R}_{DC}}{{R}_{AD}+{R}_{DC}}$=$\frac{2r•2r}{2r+2r}$=r…③
由电路欧姆定律得:U=$\frac{E}{R+r}•R$…④
由①~④式可得:U=$\frac{1}{4}$Bl2ω.
答:金属秆OD转过60°时它两端的电压为$\frac{1}{4}$Bl2ω.

点评 对于电磁感应现象中涉及电路问题的分析方法是:确定哪部分相对于电源,根据电路连接情况画出电路图,结合法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律、以及电功率的计算公式列方程求解.

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