题目
一导线被弯成如图所示形状,acb为半径为R的四分之三圆弧,直线段Oa长为R.若此导线放在匀强磁场B中,B的方向垂直图面向内.导线以角速度ω在图面内绕O点匀速转动,则此导线中的动生电动势Ei电势最高的点是
一导线被弯成如图所示形状,acb为半径为R的四分之三圆弧,直线段Oa长为R.若此
导线放在匀强磁场B中,B的方向垂直图面向内.导线以角速度ω在图面内绕O点匀速转动,
则此导线中的动生电动势Ei
电势最高的点是
题目解答
答案

解析
步骤 1:等效为直线导线运动
将弯曲导线acbO等效为直线导线Oa和半圆弧acb的组合。由于acb为四分之三圆弧,因此可以将整个导线等效为一条直线导线Oa和一条半圆弧导线cb的组合,其中Oa的长度为R,cb的长度为$\frac{3}{2}\pi R$。
步骤 2:计算Oa段的动生电动势
Oa段导线的长度为R,其运动速度为$v=\omega R$,因此Oa段的动生电动势为$E_{1}=BLv=B\cdot R\cdot \omega R=B\omega R^{2}$。
步骤 3:计算cb段的动生电动势
cb段导线的长度为$\frac{3}{2}\pi R$,其运动速度为$v=\omega R$,因此cb段的动生电动势为$E_{2}=BLv=B\cdot \frac{3}{2}\pi R\cdot \omega R=\frac{3}{2}\pi B\omega R^{2}$。
步骤 4:计算总动生电动势
总动生电动势为$E=E_{1}+E_{2}=B\omega R^{2}+\frac{3}{2}\pi B\omega R^{2}=\left(1+\frac{3}{2}\pi \right)B\omega R^{2}$。
步骤 5:确定电势最高的点
由于导线在匀强磁场中运动,导线内部的电动势方向指向电势高的地方。因此,电势最高的点是导线的O点。
将弯曲导线acbO等效为直线导线Oa和半圆弧acb的组合。由于acb为四分之三圆弧,因此可以将整个导线等效为一条直线导线Oa和一条半圆弧导线cb的组合,其中Oa的长度为R,cb的长度为$\frac{3}{2}\pi R$。
步骤 2:计算Oa段的动生电动势
Oa段导线的长度为R,其运动速度为$v=\omega R$,因此Oa段的动生电动势为$E_{1}=BLv=B\cdot R\cdot \omega R=B\omega R^{2}$。
步骤 3:计算cb段的动生电动势
cb段导线的长度为$\frac{3}{2}\pi R$,其运动速度为$v=\omega R$,因此cb段的动生电动势为$E_{2}=BLv=B\cdot \frac{3}{2}\pi R\cdot \omega R=\frac{3}{2}\pi B\omega R^{2}$。
步骤 4:计算总动生电动势
总动生电动势为$E=E_{1}+E_{2}=B\omega R^{2}+\frac{3}{2}\pi B\omega R^{2}=\left(1+\frac{3}{2}\pi \right)B\omega R^{2}$。
步骤 5:确定电势最高的点
由于导线在匀强磁场中运动,导线内部的电动势方向指向电势高的地方。因此,电势最高的点是导线的O点。