100分悬赏,高中物理竞赛高手请进,平均的动生电动势可以用来求总能量吗?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/16 10:28:16
我们老师说在求能量时,可以用平均的电动势也就是 U(平均)=总磁通量变化量/总时间,然后Q=U^2/R * t算产生的总热量,代替积分。这是为什么?老师说的对吗?请高手们给出详细的证明或解释。
以下有例题为证:
粗细均匀的同种电阻丝制成的两个半径之比为2:1的圆环置于同一匀强磁场中,其环面与磁场方向垂直,现以相同速度将两环分别沿垂直于磁场方向匀速拉出磁场,如图所示(图是我自己画的),则此过程中大小两环中发热量之比为( )

此题答案为4:1,既是用平均电动势算的。但是我把此结论应用到其他一些题时,却总是做错,我怀疑此结论根本是错的。这条结论对吗?可以随意应用在任何切割磁场线做功的情况吗?请高手们帮助!
另,如果圆环不是以恒定的速度出入磁场,还可以用平均电动势算能量吗?

直接积分后看到结果自然明白了:
设圆环半径R,移动速度v,磁感应强度B,电阻应该是半径的函数aR,以圆环刚开始进入磁场为零时刻,在t时刻,其感应电动势表达式U=BvL,勾股定理求得L=2*(2Rvt-(vt)^2)^(1/2),产生微热q=(U^2/aR)*dt=(4(Bv)^2/a)*(2vt-(vt)^2/R)*dt,t从0到R/v对其积分,结果Q=(4(Bv)^2/a)*2/3*R^2/v,即Q与R的平方成正比,则此题答案为4:1;而磁通量变化量也与半径的平方成正比,恰好与答案结果一致。由此可以推论,对圆型导体,材料一致,粗细相同,此结论成立。
对正方形计算结果显示此推论也成立;继续计算发现对矩形,此推论也成立。
我觉得如果是规则形状导体都自己计算要保险些。

肯定不对!!!你想嘛,总磁通量的变化可以为0,比如先增加,后减小,这样
U(平均)=0.但是热量为0吗??显然不是!但是对于具体过程就有可能。

补充:你们老师说的是不是流过的电量?而不是热量。

对头,对例题的分析我刚才错了。下面我换另外一个观点,这个观点也是不用积分。因为大环运动时间是小环的2倍,我不考虑每时每刻,而是考虑大环的t时刻和小环的t/2时刻,这个时候两个环的情况是类似的,然后再用我先前上午的分析,知道这个时候其功率是小环的2倍。但是我要求热量比。你这样想,对于小环来说一小段时间Δt发的热为P1Δt,那对于大环来说就要用2Δt来乘以当时的功率(为什么,这个其实可以从微分学来严格证明,但是也好理解,因为我比较的本来就是t和t/2时刻的位形然后比较下一时刻的位形只能这样了。),这样当然是4倍了。

能够这样看我觉得只有在两环每一时刻的物理量之比都为定值时,例如假设两圆环同时开始出磁场(为了方便叙述,不同时出也一样)两圆环有效切割长度每一时刻都为2:1,这样每一时刻电动势之比都为2:1,电流之比都为1:1,于是每一时刻电功率之比都为2:1,又因大圆环出磁场时间为小圆环两倍,于是由Q=p(平均值)t,(平均值之比也为2:1),就得发热量之比为4:1了(以上比值都是大环比小环)
如果一个是环,而另一个是不规则图形的话,那按你那样看应该不行,每时刻比值是变化的,能使每时刻比值固定的只有