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半徑方向自由滑動,就會形成閉合電路,從而產生電流。
2. 圓柱切割:磁場中有一個與水平面垂直的磁場,一個長直導線沿這個磁場方向以一恒定的速度移動,會產生感應電動勢。
3. 導體棒切割:磁場中有一個導體棒在恒定電壓的電源的作用下以一恒定速度運動,若磁場以垂直于導體棒的方向發生變化,則導體棒中就會產生感應電流。
4. 轉動線圈產生感應電流:線框在磁場中轉動,會產生感應電動勢,若線框不轉了,就會在一段時間內產生感應電流。
以上幾種轉動切割是高三物理中常見的類型,它們都涉及到磁場和轉動速度的變化,從而產生感應電動勢和感應電流。
題目:
一個質量為 m 的導體環,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 從環的側面以垂直的方向插入環中,形成一個轉動的切割磁感線。
1. 求導體環受到的安培力。
解析:
導體環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 是導體環上小導體的數量。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。
根據法拉第電磁感應定律 E = BLv,導體環中的電流 I = BLv/N,其中 v 是導體環的角速度。因此,安培力的大小為 F = BIL = B^2L^2v/N。
對于整個導體環,由于它是由很多條小導體組成的,所以可以認為它受到的安培力是所有小導體產生的安培力的合力。根據平行四邊形法則,可以畫出這個合力的大小和方向。
答案:安培力的大小為 F = B^2L^2ω/N,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。
2. 如果導體環的電阻為 R,求導體環轉動的動能。
解析:
導體環轉動的動能等于它受到的安培力所做的功。根據動能定理,有 F·d·L = 1/2mv^2 - 0。其中 F 是安培力的大小,d 是小導體的長度,L 是小導體的數量,v 是導體環的角速度。將這個公式代入到安培力的表達式中,得到動能 EK = B^2L^2ω^3/2R。
答案:動能 EK = B^2L^2ω^3/2R。
總結:這個題目考察了轉動切割的基本概念和計算方法,需要理解法拉第電磁感應定律和動能定理的應用。同時,題目也考察了學生對轉動切割過程中安培力方向的掌握情況。