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電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢,由于產(chǎn)生原因不同可分為感生電動(dòng)勢和動(dòng)生電動(dòng)勢。如果感應(yīng)電動(dòng)勢是由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的,叫動(dòng)生電動(dòng)勢;如果感應(yīng)電動(dòng)勢是由感生電場產(chǎn)生的,叫感生電動(dòng)勢。以下是關(guān)于兩類電動(dòng)勢的相關(guān)問題:
(1)如圖1所示,固定于水平面上的金屬框架abcd,處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中。金屬棒MN沿框架以速度v向右做勻速運(yùn)動(dòng)??蚣艿腶b與dc平行,MN的長度為l,在運(yùn)動(dòng)過程中MN始終與bc平行,且與框架保持良好接觸,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。在上述情景中,金屬棒MN相當(dāng)于一個(gè)電源,這時(shí)的非靜電力與棒中自由電子所受洛倫茲力有關(guān)。請分別根據(jù)電動(dòng)勢的定義及法拉第電磁感應(yīng)定律,從不同角度用兩種方法證明金屬棒MN中的感應(yīng)電動(dòng)勢E=Blv。
(2)空間存在有一圓柱形的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,其橫截面如圖2所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按照圖3所示的規(guī)律均勻變化。圖中B0和t0為已知量。
a.用電阻為R的細(xì)導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)(圖中未畫出),圓環(huán)平面垂直于該磁場,圓環(huán)的中心與磁場中心重合。圓環(huán)半徑小于該磁場的橫截面半徑。求t=t0時(shí)圓環(huán)中的電流。
b.上述導(dǎo)體圓環(huán)中產(chǎn)生的電流,實(shí)際是導(dǎo)體中的自由電荷在感生電場力的作用下做定向運(yùn)動(dòng)形成的,而且自由電荷受到感生電場力的大小可以根據(jù)電動(dòng)勢的定義和法拉第電磁感應(yīng)定律推導(dǎo)出來?,F(xiàn)將導(dǎo)體圓環(huán)替換成一個(gè)用絕緣細(xì)管做成的半徑為r的封閉圓形管道,且圓形管道的中心與磁場區(qū)域的中心重合(如圖4所示)。管道內(nèi)有一小球,小球質(zhì)量為m,帶電量為+q。忽略小球的重力和一切阻力。t=0時(shí)小球靜止。求t=t0時(shí)感生電場的電場強(qiáng)度及管道對小球的彈力大小。
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