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白丝色情微专题|“法拉第圆盘”的解疑和拓展

发布日期：2024-08-24 05:22 点击次数：107

白丝色情微专题|“法拉第圆盘”的解疑和拓展

法拉第圆盘

图片白丝色情

本节内容简介

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法拉第圆盘为什么能发电?按照法拉第电磁感应定律，要产生电磁感应状况，必须有磁通量的变化才对，那么，教材上的法拉第圆盘发电机，闭合回路在那处？磁通量又是怎样变化的呢？

素质经过中，敬佩不少同学有此猜忌，老诚在讲解的时候只怕多用“切割”来劝服你，然则按照法拉第电磁感应定律，骨子应该是磁通量发生了变化，是以用“闭合回路磁通量发生变化”究竟该怎样讲解呢？

今天咱们来望望这个问题。

1.教材题目

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领先是19版教材选择性必修二P37第1题

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解析：

铜盘可视为由无边根导线并排组成，形成无边个闭合回路.在磁场中动掸时每根“导线”都会切割磁感线从而产生感应电流，宏不雅上形成涡流，由楞次定律可知，“通电导线”受到的安培力与其相对畅通的反向相背，故铜盘能在较短的工夫内住手。

疑艰深惑：

部分学生觉得，在铜盘动掸经过中，其面积莫得变化，则通过铜盘的磁通量也不变，凭证电磁感应定律，不会有感应电流产生，怎样会有安培力呢？这是典型的"通量划定佯谬"。回来法拉第电磁感应定律的好意思满表述——闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。须隆重到磁通量变化必须针对某一闭合回路来讲，学生的误区在于觉得统共这个词圆盘唯唯一个大回路（下图这么）

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事实上天然统共这个词圆盘的磁通量不变，但圆盘上不错划取无边回路，其中任何一个回路都在跟着圆盘动掸画，如下图所示，回路a、b在出入磁场的经过中都会发生磁通量的变化，从而产生感应电流，宏不雅上形成涡流.

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那么同学可能又要拿竹帛P45面本章温习题第6题来责难老诚：底下这说念磁场一齐布满盘面，磁通量不是不变的吗？

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解析：

（1）从“切割”的角度来看，圆盘可手脚由无边根半径为r的辐条组成，圆盘动掸时每根辐条都在切割磁感线产生感应电动势，相等于电源的作用；从电磁感应定律的角度来看，圆盘动掸经过中闭合回路CDRC的磁通量发生变化，从而产生感应电流.

（2）由右手定章可知，感应电流场所为C至D.

（3）如图5所示，顺着磁场场所看，闭合回路CDRC 在极散工夫△t内的面积变化量为扇形CDD的面积，设圆盘半径为r，旋转角速率为ω，则

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由电磁感应定律可知

疑艰深惑：

部分学生沿用上一题的念念路分析该题，觉得既然磁场限度填塞大，那么圆盘上任何回路的磁通量在动掸经过中都不变，无法产生感应电流. 该猜忌的要害在于机械照搬设施而莫得收拢“闭合回路”的正确不雅念，此题中的闭合回路是由圆盘辐条CD 与外电路组成的，即C-D-R-C回路，而其他主不雅分袂的回路均不与外电路连通，因此莫得分析的兴味兴味。

这时有学生建议，图中泄漏C-D-R-C回路平面与磁场场所平行，因此磁通量耐久为零，该不雅点的作假之处在于觉得CD部分是固定不动的，但事实上CD是圆盘沿半径场所的“辐条”，随圆盘的动掸而动掸，还有学生从“切割”的角度加以分析，觉得每根辐条在刹那间切割之后就与外电路断开，因此不会形成清爽电流.该念念路疏远了圆盘是由无边根辐条并排而成的，上一根辐条与外电路断开后的下刹那间，下一个辐条便与外电路连通，该经过跟着圆盘的动掸而不休重叠，因此偶然形成清爽的电流。

综上，该题成果与匀强磁场的限度无关.

2.针对教师

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题1：如下图，有一个铜盘，轻轻拨动它，能长工夫地绕轴解放动掸。若将铜盘置于填塞大的匀强磁场中，铜盘能在较短的工夫内住辖下来吗？

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解析：

从上至下鸟瞰盘面如图所示，由于匀强磁场填塞大，是以关于铜盘上统共的回路，其磁通量在动掸的时候都不变，因此不会产生感应电流，铜盘不会在较散工夫内停驻来。

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疑难梳理：

若将题干中的填塞大的匀强磁场改为填塞大的非匀强磁场呢？圆盘转到不同位置时，其回路的磁通量会发生变化，是以会产生感应电流与安培力，铜盘偶然在较散工夫内停驻来。

题2：电阻不能忽略的导电圆盘的边际用电阻不计的导电材料包裹，圆盘可绕固定点O在水平面内动掸，其轴心O和边际处电刷A均不会在动掸时产生阻力，空气阻力也忽略不计．用导线将电动势为E的电源、导电圆盘、电阻和开关趋附成闭合回路，如下图（a）所示在圆盘所在区域内充满竖直向下的匀强磁场，如图8（b）所示只在A、O之间的一块圆形区域内存在竖直向下的匀强磁场，两图中磁场的磁感应强度大小均为B，且磁场区域固定，将图（a）和图（b）中的开关S1 和S2闭合，经填塞长工夫后，两图中的圆盘转速均达到清爽.则（）

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(b)

A.从上往下看，圆盘沿顺时针场所动掸

B.刚闭合开关时，图（a）中的圆盘比图（b）中的圆盘加快得快

C.将两图中的开关断开，图（b）中的圆盘仍然匀速动掸

D.将两图中的开关断开，图（a）中的圆盘比图（b）中的圆盘延缓得快

解析：

图中（a）、（b）中圆盘上的电流场所均为O到A，凭证左手定章可知，从上往下看圆盘沿逆时针场所动掸，选项A作假．因为两图中的圆盘皆备议论，因此刚闭合开关时，圆盘的加快度大小仅取决于安培力大小，需要针对安培力公式F=BIL中的3个成分加以分析.由于电路和圆盘皆备议论，是以两图中从O至A的电流大小议论，此外磁感应强度B也议论，是以安培力大小只消看两图中L的大小.图（a）中圆盘受到安培力部分的有用长度为半径OA，图（b）中的有用长度为圆形磁场区域的半径，小于OA，综上图（a）圆盘受到的安培力更大，是以加快得更快，选项B正确.若将开关断开，由于图（a）中的磁场区域填塞大，因此圆盘上任何回路在动掸经过中的磁通量都不变，不会产生感应电流和安培力，仍然匀速动掸，而图（b）中的磁场在有限区域内，因此圆盘上统共回路在出入磁场时都会引起磁通量的变化，从而产生感应电流和安培力，将延缓动掸，选项C、D作假．故选项B正确.

疑艰深惑：

开关闭合时的物理骨子为通电导线所受的安培力，两图区别为“导线”的有用长度不同．开关断开时的物理骨子为电磁感应，物理模子为孤独孤身一人导体盘，图（a）相等于繁衍题1，图（b）相等于教材原题1，分析时收拢闭合回路的磁通量这一要津点．也不错从“切割”的角度分析，开关断开后的孤独孤身一人圆盘可看作由无边根沿半径场所的辐条并排而成，因为图（a）磁场布满统共这个词圆盘，是以这些辐条产生的感应电动势都等大，电荷只在盘心和盘边际处积贮，无法在圆盘里面形成电流，故不会产生安培力．而图（b）中的磁场存在于部分区域内，唯唯一部分辐条产生感应电动势，不错在圆盘中形成电流（下图），产生安培力.

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怎样领会题干中“经填塞长工夫后，两图中的圆盘转速均达到清爽”？这与反电动势联系，圆盘动掸时产生感应电流，进一步产生安培力，遏止圆盘的动掸，何况跟着速率的增大而增大，当该反向安培力与此前的正向安培力均衡时，圆盘达到最大速率，之后速率保持不变.

题3：下图（a）是某电磁涡流刹车系统的旨趣图，金属盘在重块的牵引下切割电磁铁产生的磁场而形成涡流，磁场对金属盘的作用劲使其延缓，这个经过不错简化如下：如图（b）所示，绝缘转盘圆心为O，转盘上头均匀对称地固定了94个议论且互相绝缘的正方形导体线圈，每个线圈边长L=0.1m，匝数n=2 0，总电阻R=5Ω，在l、ll两等宽区域内散布位置不变的匀强磁场，I、II两区域内的磁场大小均为B=1T，场所相背，两磁场区域略略大于线圈尺寸，每个线圈中心离O点的距离r=1.5m，因为r比L大好多，而且94个线圈均匀精良枚举，现作念以下梦想化解决：（1）每个线圈出入磁场时，线圈的两条边正好与磁场范畴平行（举例EF边平行于OB时，GH边同期也平行于OA）；（2）消失线圈的两条边同期穿越磁场范畴，举例EF边刚干涉II 区磁场，同期GH边刚干涉区磁场；（3）忽略相邻线圈的间距；（4）每个线圈干涉单个磁场的工夫t（举例EF边从OA到OB均高出，

，转盘逆时针绕O点匀速动掸的角速率ω=5.0 rad/s，忽略线圈的感应电流产生的磁场变成的影响，求：

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（1）线圈的EF边刚刚逾越磁场范畴OA时，该线圈产生的电动势的大小和受到的安培力大小F；

（2）以EF边通过磁场范畴OA为计时早先，画出该线圈穿越I、II两磁场区域的经过中电流随工夫的变化图像，以逆时针为电流正场所；

（3）从EF边通过磁场范畴OA运行，转盘转一圈的经过中，94个线圈产生的总热量Q.

解析：

（1）EF边切割磁感线产生感应电动势，其大小

因为此L大好多，是以

可得

代入数据得

凭证安培力公式可得

代入数据得

（2）EF边干涉磁场l且GH边莫得干涉磁场l时，仅EF 边切割磁感线，感应电流大小为

可得I=3A，凭证右手定章可知电流场所为逆时针；EF边干涉磁场ll且GH边干涉磁场l时，EF和GH边均切割磁感线，凭证右手定章可知，此时感应电动势的大小E=2E=30V，感应电流大小

即I=6A，场所为顺时针；EF边离开磁场II且GH边尚在磁场II时，仅GH边切割磁感线，此时感应电流

即I=3A，场所为逆时针。因为转盘匀速动掸，是以进、出磁场工夫议论，每个阶段络续的工夫均为

代入数据得

综上可画出-图像，如下图所示.

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（3）在转盘转一圈的经过中，对浪漫线圈分析可得热量

代入数据得

由题意可知统共线圈都议论，且相关于转盘圆心对称散布，因此总热量

总

疑难梳理：

该题不凯旋磨砺法拉第圆盘的旨趣白丝色情，而是将旨趣领悟滚动为题干，体当今一处简化与四解决想化解决。解题时须温雅四个梦想化解决的观念，解决（1）阐明不错用BLv测度打算感应电动势；解决（2）为了简化第二小题感应电流的测度打算；解决（3）阐明每个线圈都挨个连气儿干涉磁场，中间莫得空档期；解决（4）阐明了线圈在消失切割阶段内产生感应电流大小不变.此题难在审题，易在测度打算，若事前掌执了教材原题1的物理模子，则不会对看似复杂的题干产生目生感和震恐感，偶然马上完成解题.

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