题目内容

【题目】一个阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1,电容为C的电容器连接成如图(a)所示回路。金属线圈的半径为r1 在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0B0.导线的电阻不计。求0t1时间内:

(1)通过电阻R1的电流大小和方向;

(2)通过电阻R1的电荷量q

(3)t1时刻电容器所带电荷量Q

【答案】(1) , 方向从ba. (2) (3)

【解析】

(1)由B-t图象的斜率读出磁感应强度的变化率,由法拉第电磁感应定律求出线圈中产生的感应电动势,由欧姆定律求出感应电流的大小,由楞次定律判断出感应电流的方向;
(2)由公式q=It求出通过电阻R1上的电量q;
(3)再依据Q=CU,及U=IR1,即可求解。

(1)由B-t图象可知,磁感应强度的变化率为:
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势:
根据闭合电路的欧姆定律,感应电流为:I1=
联立以上三式,解得:
根据楞次定律可知通过R1上的电流方向:从ba
(2)通过R1的电荷量q=I1t1得:
(3)依据欧姆定律,则电容器两极电压为:U=I1R1=
再由电容器的电量为:Q=CU=

练习册系列答案
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【题目】有电阻的导电圆盘半径为R,其边缘用电阻不计的导电材料包裹,可绕固定点O在水平面内转动,其轴心O和边缘处电刷A均不会在转动时产生阻力,空气阻力也忽略不计。用导线将电动势为E的电源、导电圆盘、电阻和开关连接成闭合回路,如图1所示在圆盘所在区域内充满竖直向下的匀强磁场,如图2所示只在AO之间的一块圆形区域内存在竖直向下的匀强磁场,两图中磁场的磁感应强度大小均为B,且磁场区域固定。如果将开关S闭合,圆盘将会转动起来。

1)在图1中,将开关S闭合足够长时间后,圆盘转速达到稳定。

a.从上往下看,圆盘的转动方向是顺时针还是逆时针?

b.求稳定时圆盘转动的角速度ω1的大小。

2)在图2中,进行了两次操作:第一次,当圆盘加速到ω0时将开关断开,圆盘逐渐减速停下;第二次,当圆盘加速到2ω0时将开关断开,圆盘逐渐减速停下。已知从理论上可以证明:在圆盘减速过程中任意一个极短的时间t内,角速度的变化量ω=kFtF是该时刻圆盘在磁场区域受到的安培力的大小,k为常量。求两次操作中从开始减速到停下的过程中圆盘转过的角度之比θ1θ2

3)由于图1中的磁场范围比图2中的大,所以刚闭合开关瞬时,图1中圆盘比图2中圆盘加速得快。有人认为:断开开关后,图1中圆盘也将比图2中圆盘减速得快。请分析说明这样的想法是否正确。

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