| 动生电动势 题目答案及解析

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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

圆筒式磁力耦合器由内转子、外转子两部分组成。工作原理如图甲所示。内、外转子可绕中心轴$OO'$转动。外转子半径为$r_{1}$,由四个相同的单匝线圈紧密围成,每个线圈的电阻均为$R$,直边的长度均为$L$,与轴线平行。内转子半径为$r_{2}$,由四个形状相同的永磁体组成,磁体产生径向磁场,线圈处的磁感应强度大小均为$B$。外转子始终以角速度$\omega_{0}$匀速转动,某时刻线圈$abcd$的直边$ab$$cd$处的磁场方向如图乙所示。

若内转子固定,求$ab$边产生感应电动势的大小$E$

[["

$BL\\omega_{0}r_{1}$

"]]

根据题意可知,$ab$转动时的线速度为$v=\omega_{0}r_{1}$

$ab$产生的感应电动势$E_{1}=BLv=BL\omega_{0}r_{1}$

若内转子固定,求外转子转动一周,线圈$abcd$产生的焦耳热$Q$

[["

$\\dfrac{8\\pi B^{2}L^{2}\\omega_{0}r_{1}^{2}}{R}$

"]]

根据题意,由图可知,若内转子固定,外转子转动过程中,$ab$$cd$均切割磁感线,且产生的感应电流方向相反,则转动过程中感应电动势为$E_{2}=2BLv=2BL\omega_{0}r_{1}$

感应电流为$I=\dfrac{E_{2}}{R}$

转子转动的周期为$T=\dfrac{2\pi}{\omega_{0}}$

$abcd$转一圈产生的热量$Q=I^{2}RT=\dfrac{8\pi B^{2}L^{2}r_{1}^{2}\omega_{0}}{R}$

若内转子不固定,外转子带动内转子匀速转动,此时线圈中感应电流为$I$,求线圈$abcd$中电流的周期$T$

[["

$\\dfrac{2\\pi BLr_{1}}{IR}$

"]]

结合图可知,转子转动$\dfrac{1}{4}T$电流方向改变,大小不变,若内转子不固定,跟着外转子一起转,且$abcd$中的电流为$I$,则感应电动势为$E'=IR$

又有$E'=2BL\Delta v$

解得$\Delta v=\dfrac{IR}{2BL}$

则电流改变方向的时间为$t=\dfrac{\dfrac{1}{4} \times 2\pi r_{1}}{\Delta v}=\dfrac{BL\pi r_{1}}{IR}$

则电流的周期为$T=2t=\dfrac{2BL\pi r_{1}}{IR}$

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