如图所示,长为L的导体棒OP处于均匀磁场中,并绕OO'轴以角速度ω旋转,棒与转轴间夹角恒为θ,磁感强度B与转轴平行.求OP棒在图示位置处的电动势。w B-|||-Q P-|||-dl α-|||-times B-|||-θ 1-|||-oi
如图所示,长为L的导体棒OP处于均匀磁场中,并绕OO'轴以角速度ω旋转,棒与转轴间夹角恒为θ,磁感强度B与转轴平行.求OP棒在图示位置处的电动势。

题目解答
答案

解析
本题考查动生电动势的计算,关键是利用动生电动势公式$\varepsilon=\int_{L}(\vec{v}\times\vec{B})\cdot d\vec{l}$,结合导体棒的运动速度分布和磁场方向求解。
步骤1:分析速度与磁场的关系
导体棒OP绕OO'轴以角速度$\omega$旋转,棒上任意一点到转轴OO'的垂直距离为$r$,该点的线速度大小为$v=\omega r$,方向垂直于$r$(即垂直于棒与转轴构成的平面)。
磁场$\vec{B}$与转轴平行,故$\vec{v}\perp\vec{B}$,$\vec{v}\times\vec{B}$的大小为$vB=\omega rB$,方向沿棒指向P端(由右手定则判断)。
步骤2:建立积分变量
设棒上微元$dl$到O点的距离为$l$,则微元到转轴的垂直距离$r=l\sin\theta$($\theta$为棒与转轴夹角)。
微元$dl$上的动生电动势$d\varepsilon=(\vec{v}\times\vec{B})\cdot d\vec{l}=\omega rB dl=\omega B l\sin\theta dl$(因$\vec{v}\times\vec{B}$与$dl$同向,点积为正)。
步骤3:积分求解总电动势
对棒从O到P积分:
$\varepsilon=\int_{0}^{L}\omega B l\sin\theta dl=\omega B\sin\theta\int_{0}^{L}l dl=\omega B\sin\theta\left[\frac{l^2}{2}\right]_{0}^{L}=\frac{1}{2}\omega B L^2\sin^2\theta$
步骤4:电势高低判断
由$\vec{v}\times\vec{B}$方向沿棒指向P,可知P端电势高于O端。