Question

如图（a）所示，在垂直于匀强磁场B的平面内，半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴承转动，圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接，电路中的P是加上一定正向电压才能导通的电子元件。流过电流表的电流I与圆盘角速度ω的关系如图（b）所示，其中ab段和bc段均为直线，且ab段过坐标原点。ω>0代表圆盘逆时针转动。已知：R=3.0Ω，B=1.0T，r=0.2m。忽略圆盘、电流表和导线的电阻。

（1）根据图（b）写出ab、bc段对应I与ω的关系式；
（2）求出图（b）中b、c两点对应的P两端的电压U_b、U_c；
（3）分别求出ab、bc段流过P的电流I_P与其两端电压U_P的关系式.

Answer 1

（1） （-45rad/s≤ω≤15 rad/s）； （15rad/s≤ω≤45 rad/s）
（2）
（3） （0≤ω≤15 rad/s）或 （-45rad/s≤ω≤0）
（15rad/s≤ω≤45 rad/s）

（1）由图可知，在ab段，直线斜率, 故对应I与ω的关系式为： （-45rad/s≤ω≤15 rad/s）；在bc段，直线斜率，设表达式，把ω=45rad/s，I=0.4A代入解得b=-0.05，故对应I与ω的关系式为： （15rad/s≤ω≤45 rad/s）
（2）b点对应的转动的角速度为，圆盘产生的电动势，解得
由于圆盘、电流表、导线电阻不计，因此P两端的电压为0.3V。
同理，c点对应的圆盘转动的角速度，圆盘产生的电动势，因此P两端的电压为0.9V.
（3）b点时，定值电阻R中电流，与电流表的示数相等,说明这时P中电流为零，因此在ab段，P中的电流为零,电压范围为[0.3V，-0.9V]
bc段：。
【考点定位】电磁感应定律、闭合欧姆定律、图象