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选修3-2
第四章 电磁感应
4.5 电磁感应现象的两类情况
动生电动势
如图所示,半径为$r$的导电圆环$($电阻不计$)$绕垂直于圆环平面、通过圆心$O$的金属轴以角速度$\omega$逆时针匀速转动。圆环上接有电阻均为$R$的三根金属辐条$OA$、$OB$、$OC$,辐条互成$120^\circ$角。在圆环圆心角$∠$$MON$$=120^\circ$的范围内$($两条虚线之间$)$分布着垂直圆环平面向外、磁感应强度大小为$B$的匀强磁场。圆环的边缘通过电刷$\rm P$和导线与一阻值也为$R$的定值电阻相连,定值电阻的另一端通过导线接在圆环的中心轴上。在圆环匀速转动过程中,下列说法中正确的是$(\quad\ \ \ \ )$
电阻两端的电压大小为$\\dfrac{1}{4}B\\omega {{r}^{2}}$
","金属轮转动一周,流过电阻$R$的电荷量为$\\dfrac{B\\pi {{r}^{2}}}{4R}$
","金属轮转动一周,电阻$R$上产生的热量为$\\dfrac{{{B}^{2}}{{r}^{4}}\\pi \\omega }{32R}$
","外力做功的功率大小为$\\dfrac{3{{B}^{2}}{{r}^{4}}{{\\omega }^{2}}}{16R}$
"]$\rm A$.辐条切割磁感线产生的电动势为$E=\dfrac{1}{2}B\omega {{r}^{2}}$;
三根辐条中,有一根切割磁感线,相当于电源,其他两根与电阻$R$并联,相当于外电路,则$\rm P$与$O$两端的电压$U=\dfrac{E}{\dfrac{R}{3}+R}\cdot \dfrac{R}{3}=\dfrac{1}{8}B\omega {{r}^{2}}$,$\rm A$错误;
$\rm B$.金属辐条转动一周流过干路的电流$I=\dfrac{E}{R_{总}}=\dfrac{3B\omega r^{2}}{8R}$,故流过电阻$R$的电荷量$q=\dfrac{1}{3}It=\dfrac{B\text{ }\!\!\pi\!\!\text{ }{{r}^{2}}}{4R}$,$\rm B$正确;
$\rm C$.金属辐条转动一周,产生的总热量$Q=EIt=\dfrac{3B^{2}r^{4}\pi\omega}{8R}$,电阻$R$上产生的热量$Q_{R}=\dfrac{B^{2}r^{4}\pi\omega}{32R}$,$\rm C$正确;
$\rm D$.根据能量守恒可知,外力做功的功率$P=EI=\dfrac{3{{B}^{2}}{{r}^{4}}{{\omega }^{2}}}{16R}$,$\rm D$正确。
故选$\rm BCD$。
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