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金属杆由错误!未找到引用源。滑动到cd过程中感应电动势大小始终为12BRεv(3)以I、1I和2I分别表示金属杆、杆左和右圆弧中的电流,方向如图1所示,以bU表示、b两端的电压,由欧姆定律有b110UIlr(4)b220UIlr(5)式中,1l和2l分别为金属杆左、右圆弧的弧长根据提示,1l和2l中的电流在圆心处产生的磁感应强度的大小分别为111m2
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f1IlBkR(6)222m21IlBkR(7)1B方向竖直向上,2B方向竖直向下由(4)、(5)、(6)和(7)式可知整个大圆环电流在圆心处错误!未找到引用源。产生的错误!未找到引用源。为0210BBB(8)无论长直金属杆滑动到大圆环上何处,上述结论都成立,于是在圆心处只有金属杆错误!未找到引用源。的电流I所产生磁场在金属杆由b滑动到cd的过程中,金属杆都处在圆心附近,故金属杆可近似视为无限长直导线,由提示,金属杆在b位置时,杆中电流产生的磁感应强度大小为3m12100IBkR(9)方向竖直向下对应图1的等效电路如图2,杆中的电流II2I1RεR
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fdIRRRRRε右左右左(10)其中R为金属杆与大圆环两接触点间这段金属杆的电阻,R左和R右分别为金属杆左右两侧圆弧的电阻,由于长直金属杆非常靠近圆心,故b1112RRrRRRrπ≈≈右左(11)利用(3)、(9)、(10)和(11)式可得m31108004kBBRrrπv(12)由于小圆环半径错误!未找到引用源。,小圆环圆面上各点的磁场可近似视为均匀的,且都等于长直金属杆在圆心处产生的磁场当金属杆位于b处时,穿过小圆环圆面的磁感应通量为2b23RBφπ(13)当长直金属杆滑到cd位置时,杆中电流产生的磁感应强度
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f的大小仍由13式表示,但方向相反,故穿过小圆环圆面的磁感应通量为
2cd23RBφπ(14)在长直金属杆以速度错误!未找到引用源。从b移动到cd的时间间隔t内,穿过小圆环圆面的磁感应通量的改变为2cdb232RBφφφπ(15)由法拉第电磁感应定律可得,在小圆环中产生的感应电动势为大小为223i2RBttπφε(16)在长直金属杆从b移动cd过程中,在小圆环导线中产生的感应电流为23ii20XXRBIRrrtεπ(17)于是,利用(12)和(17)式,在时间间隔t内通过小环导线横截面的电荷量为23m2i010108004
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fRBkBRQItrRrrrπv(18)评分标准:本题25分(3)式3分,(4)、(5)式各1分,(8)、(10)式各3分,(12)式3分(15)式4分,(16)、(17)式各2分,(18)式3分
六、(15分)如图所示,刚性绝热容器和r
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