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如图所示,粗细均匀的金属环的电阻为R,可转动原金属杆OA的电阻为R/4,杆长为L,A端与环相接触,一定值电阻分别与杆的端点O及环边连接,杆OA在垂直于环面向里的、磁感应强度为 B的匀强磁场中,以角速度ω顺时针转动,又定值电阻为R/2,求电路中总电流的变化范围。

答案

ωL2B/2R≤I≤2ωL2B/3R。


解析:

设某一时刻金属杆转至图示位置,杆切割磁感线产生感应电动势相当于电源,金属杆上由A沿顺时针方向到D和沿逆时针方向到D的两部分电阻(分别设为Rx和Ry)并联,再与定值电阻R/2串联,组成外电路,等效电路如图所示。则电路中的总电流

    I=ε/R,而ε=LVB=??ωL2B

    R=R/4十R十R/2=3R/4+R,所以I=??ωL2B/(3R/4+R

上式中R=RxRy/(Rx+Ry),由于Rx+Ry=R为定值,当Rx=Ry时RxRy有最大值,即R有最大值,此最大值为R/4,所以I的最小为ωL2B/2R。当Rx=0或Ry=0时,R有最小值零,所以I的最大值为2ωL2B/3R。从而ωL2B/2R≤I≤2ωL2B/3R。

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