高三物理轉動切割包括以下幾種:
1. 圓盤切割:磁場中有一個圓盤,圓盤的一邊有垂直于盤面的勻強磁場,圓盤在磁場中勻速轉動,這樣會產生感應電動勢,如果讓導體在轉動圓盤上沿著半徑方向移動,那么導體中就會產生感應電流,這就是圓盤切割。
2. 圓筒切割:磁場中有一個圓筒,圓筒內壁上有垂直于筒面的勻強磁場,圓筒以恒定速度轉動,筒內有一個導體圓片在圓筒兩側磁場的作用下做切割磁感線運動,這樣會產生感應電流。
3. 軟鐵與薄導線圈:在磁場中,軟鐵(電阻率很小)與薄導線圈一起運動,由于軟鐵與薄導線圈相互靠近和相互遠離,導致軟鐵受到的磁感應強度的變化導致軟鐵的磁通量發(fā)生變化,進而導致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化從而在導線圈中產生感應電流。
以上是高三物理轉動切割中的一些情況,這些情況在電磁感應中是非常重要的。
題目:
一個質量為 m 的導體環(huán),半徑為 R,開始時靜止在光滑的水平桌面上。一根長為 L 的金屬桿以角速度 ω 從環(huán)的側面以垂直的方向插入環(huán)中,形成一個轉動的切割磁感線。
1. 求導體環(huán)受到的安培力。
解析:
導體環(huán)可以看做是由很多條長度為 d 的小導體組成,每一條小導體的長度為 d = L/N,其中 N 是導體環(huán)上小導體的數(shù)量。當小導體切割磁感線時,會產生一個安培力,這個力的大小與磁感應強度 B、小導體的長度 d、電流 I 成正比,方向垂直于小導體的速度方向和小導體的長度 d 所決定的平面。
根據(jù)法拉第電磁感應定律 E = BLv,導體環(huán)中的電流 I = BLv/d,其中 v 是金屬桿的線速度。因此,安培力的大小為 F = BIL。
由于金屬桿和導體環(huán)是剛性的,所以金屬桿對導體環(huán)的作用力等于金屬桿受到的安培力。
2. 假設金屬桿以恒定的角速度轉動,求導體環(huán)的最大加速度。
解析:
當金屬桿以恒定的角速度轉動時,導體環(huán)中的電流是恒定的。根據(jù)上文中的公式 F = BIL,我們可以求出導體環(huán)受到的最大安培力。
假設導體環(huán)的最大加速度為 a,那么在初始時刻,導體環(huán)受到的合力為 Ft = ma - F。由于金屬桿對導體環(huán)的作用力等于金屬桿受到的安培力,所以 Ft = 0。因此,最大加速度 a = F/m。
題目答案:
根據(jù)上述公式和假設,導體環(huán)受到的最大安培力為 B^2L^2ω^2R/N,最大加速度為 B^2L^2ω^2/m。
注意:這個題目只是一個簡單的模型,實際情況可能會更復雜。例如,如果金屬桿不是以垂直的方向插入導體環(huán)中,或者導體環(huán)不是完全光滑的,那么情況就會有所不同。