题目内容
【题目】为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种闪烁装置.如图所示,自行车后轮由半径
的金属内圈、半径
的金属外圈和绝缘幅条构成.后轮的内、外圈之间等间隔地接有4跟金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为
的小灯泡.在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度
、方向垂直纸面向外的扇形匀强磁场,其内半径为
、外半径为
、张角
.后轮以角速度
,相对转轴转动.若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应.
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(1)当金属条
进入扇形磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向;
(2)当金属条
进入扇形磁场时,画出闪烁装置的电路图;
(3)从金属条
进入扇形磁场时开始,经计算画出轮子一圈过程中,内圈与外圈之间电势差
随时间
变化的
图象;
【答案】(1)
,电流方向由
到
;(2)见解析;(3)见解析
【解析】
(1)金属条ab在匀强磁场中转动切割,由
得:感应电动势为
,根据右手定则判断可知电流方向由
到
;
(2)
边切割充当电源,其余为外电路,且并联,其等效电路如图所示
![]()
(3)设电路的总电阻为
,根据电路图可知,![]()
两端电势差:![]()
设
离开磁场区域的时刻
,下一根金属条进入磁场的时刻
,则:
,
,设轮子转一圈的时间为
,则
,在
内,金属条有四次进出,后三次与第一次相同,由上面的分析可以画出如下
图象:
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