回路中磁通量发生变化或部分导体切割磁感应线时,由于感应电场或洛伦兹力的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流.在Δt时间内迁移的电量(感应电量)如何计算呢?有些问题在计算时一时很难找到突破口,常常令我们望而止步.我们知道不管用什么方式所产生的电磁感应现象,其感应电动势的大小均可由E=nΔΦΔt进行计算,然后再结合其它知识来求解电荷量就可以了.
解析求通过R的电量,就是计算回路中感应电流的大小问题.本题直导线MN是在圆导线上匀速滑动,粗看起来是“切割”类型要用E=BLv求解,但导线MN切割磁感力线的有效长度在不断变化,用E=BLv难以求平均感应电动势.只能用E=nΔΦΔt计算平均电动势和平均电流及电量,直导线MN、圆导线和电阻R组成闭合回路,磁通量变化为ΔΦ=Bπr2,所用时间Δt=2rv,根据法拉第电磁感应定律=nΔΦΔt,通过电阻R上的平均电流=R=n=ΔΦRΔt,通过电阻R上的电量Q=Δt=nΔΦR=nπBr2R.
点评解答本题时,一时无从下手,如果能换向思维,从法拉第电磁感应定律E=nΔΦΔt着眼,注意到感应电荷量与磁通量变化的快慢、是否均匀无关,只取决与n、R和Δ,问题就迎刃而解.如果本题中导体棒MN从左端由静止开始匀加速运动,则在计算电量时仍如本题所解,但若求MN通过圆环中心时的瞬时电流,只能用E=BLv.
3注意电阻变化巧求感应电荷量
例3如***3所示,夹角为45°的三角形裸导体框架AOC水平放置,导体棒MNOC,且从O点开始以速率v0匀速向右运动,框架与导体棒材料相同,单位长度电阻均为r,整个框架处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,求:时间t内流过导体横截面的电荷量?
点评读者已经注意到解一的答案是解二的两倍,到底孰对孰错呢?导体切割磁感应线的电动势E是时间t的一次函数,电路的总电阻R也是时间t的一次函数,显然电流是定值,所以解法一是正确的.解法二中公式Q=ΔΦR一般适合电阻不变的情况,而此题中电路总电阻为时间的一次函数,解法二中用的是电阻的瞬时最大值,所以是错误的.试想,若把电阻也改用平均值=12(2v0+2v0)rt,则解析二思路也是正确的.
可见在使用物理公式时一定要明确它的来龙去脉、使用条件和适用范围,不能乱套公式、走进物理公式的误区.
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