金属棒在磁场中运动有两种情况,一种在平行导轨上运动,金属棒平动运动,一种是在圆导轨运动,金属棒转动运动。两种情况产生的电动势不同,根本原因是平动时金属棒各点运动速度一样,转动时各点运动速度不同。这一知识点备受高考青睐。请看下题。
例题.(高考卷1、 20题)法拉第圆盘发动机的示意图如图所示.铜圆盘安装在竖直的同轴上,两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触.圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中.圆盘旋转时,关于流过电阻R的电流,下列说法正确的是
A.若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定
B.若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a到b的方向流动
C.若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化
D.若圆盘转动的角速度变为原来的两倍,则电流在R上的热功率也变为原来的2倍
解析 此题源于课本3-2,P14页,如下图,甲是法拉第研究电磁感应的原始仪器图,乙是示意图,示意图显示圆盘部分切割磁场。考题出处在课本,课本是高考的根源。
此题磁场充满整个圆盘,将圆盘看成无数辐条组成,每根辐条都在切割磁感线从而产生感应电动势,根据右手定则圆盘上感应电动势边缘低中心高,可看作电源。则当圆盘顺时针转动时,出现感应电流,方向从P到Q。流过电阻的电流方向从a到b。
课本中此类圆盘模型未对电动势大小进行讨论,但P16页图4.4-1棒切割对电动势大小进行了讨论。但两者运动特点不一样。如果把角速度和线速度联系起来,两者就有了联系。由 v=rω,知
v和r是线性关系,ω恒定时,金属棒各点就可以用平均速度
V=1/2rω代替各点速度求电动势。
即,E=BLV=1/2BL2ω,故A对,C错。由P=E2/R得,
当变ω为2倍时,P变为原来的4倍,故A、B正确。
金属棒旋转模型,高考不断变化、延伸,核心知识点不变。