题目
一根长度为L的铜棒,在均匀磁场⇀B中以匀角速度ω绕通过其一端O的定轴旋转着,⇀B的方向垂直铜棒转动的平面,如图所示,设t=0时,铜棒与Ob成θ角(b为铜棒转动的平面上的一个固定点),则在任一时刻t这根铜棒两端之间的感应电动势是:( )、 w B-|||-、-|||-、-|||-l θ-|||- 10-|||-,-|||-x-|||-、 xA.ωL2Bcos(ωt+θ)B.12ωL2BcosωtC.2ωL2Bcos(ωt+θ)D.ωL2BE.12ωL2B
一根长度为L的铜棒,在均匀磁场⇀B中以匀角速度ω绕通过其一端O的定轴旋转着,⇀B的方向垂直铜棒转动的平面,如图所示,设t=0时,铜棒与Ob成θ角(b为铜棒转动的平面上的一个固定点),则在任一时刻t这根铜棒两端之间的感应电动势是:( )

- A.ωL2Bcos(ωt+θ)
- B.12ωL2Bcosωt
- C.2ωL2Bcos(ωt+θ)
- D.ωL2B
- E.12ωL2B
题目解答
答案
E
解析
考查要点:本题主要考查动生电动势的计算,涉及导体棒在磁场中旋转时产生的感应电动势。
解题核心思路:
- 确定导体棒的运动方向与磁场的关系:棒绕端点O旋转,各点线速度大小为$v = \omega x$($x$为该点到转轴的距离),方向垂直于棒的转动平面。
- 计算微小段的电动势:棒上微小段的电动势$d\epsilon = vB \, dx$,积分整个棒的长度。
- 考虑初始相位:初始时刻棒与磁场方向夹角为$\theta$,随时间变化的角度为$\omega t + \theta$,需乘以$\cos(\omega t + \theta)$。
破题关键点:
- 积分法:棒上各点速度不同,需积分计算总电动势。
- 角度修正:电动势大小与棒的有效长度在磁场方向的投影相关,需包含时间依赖项$\cos(\omega t + \theta)$。
步骤1:分析导体棒的运动与速度分布
棒绕端点O旋转,任一点到转轴的距离为$x$,线速度为:
$v = \omega x$
方向垂直于棒的转动平面,与磁场$\vec{B}$方向垂直。
步骤2:计算微小段的电动势
棒上微小段$dx$的电动势为:
$d\epsilon = vB \, dx = \omega x B \, dx$
步骤3:积分求总电动势
对棒的全长积分($x$从$0$到$L$):
$\epsilon = \int_0^L \omega B x \, dx = \omega B \cdot \frac{L^2}{2} = \frac{1}{2} \omega B L^2$
步骤4:考虑初始相位
初始时刻棒与磁场方向夹角为$\theta$,随时间变化的角度为$\omega t + \theta$,电动势大小需乘以$\cos(\omega t + \theta)$,最终表达式为:
$\epsilon = \frac{1}{2} \omega B L^2 \cos(\omega t + \theta)$