题目
四、计算题-|||-1、半径分别为R和r的金属圆环共轴放置,且 gt r --|||-R-|||-在大圆环中有恒定电流,而小圆环则以恒定速度沿轴线 】-|||-方向运动,向当小圆环运动到什么位置时,其内部的感-|||-应电流为最大?

题目解答
答案
解析
本题考查的知识是电磁感应中感应电流与感应电动势电动势的关系,解题思路是先根据已知条件求出距离环中心为$x$处的磁感应强度$B$,再根据感应电动势与$\frac{dB}{dt}$成正比,且速度恒定得出$\frac{dB}{dt}$与$\frac{dB}{dx}$的关系,最后对$\frac)求导,找出导数绝对值最大时所取的\(x$值。
下面进行详细的计算和分析:
- 首先求距离环中心为$x$处的磁感应强度$B$:
根据已知条件,距离环中心为$x$处的磁感应强度为$B = \frac{\mu_0 R^2}{2(R^2 + x^2)^{\frac{3/2}}}}$。 - 求$\frac{dB}{dt}$与$\frac{dB}{dx}$的关系:
因为速度$V$恒定,所以$\frac{dB}{dt} = V\frac{dB}{dx}$。
对$B$求关于$x$的的导数:
根据求导公式$(X^n)^\prime = nX^{n - 1}$,对$B = \frac{\mu_0 R^2}{2(R^2 + x^2)^{\frac{3/2}}}}$求导可得:
$\frac{dB}{dx} = -\frac{3\mumu_00 R^2 x}{2(R^2 + x^2)^{\frac{5/2}}}}$。 - 求导数绝对值最大时所取的$x$值:
对$\frac{dB}{dx} = -\frac{3\mumu_0 R^2 x}{2(R^2 + x^2)^{\frac{5/2}}}}$求导,令其导数为$(-\frac{3\mu_0 R^2 x}{2(R^2 + x^2)^{\frac{5/2}}}})^\prime = 0$,
化简可得$x = 2R$时,其导数为$0$,为极大值。