题目内容

电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成.起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环.导电环所用的材料单位长度的电阻R=0.125πΩ/m,从中心向外第n个同心圆环的半径为rn=(2n-1)r1(n为正整数且n≤7),已知r1=1.0cm.当电磁炉开启后,能产生垂直于锅底方向的变化磁场,已知该磁场的磁感应强度B的变化率为
△B
△t
=100
2
πsinωt
,忽略同心导电圆环感应电流之间的相互影响.
(1)求出半径为rn的导电圆环中产生的感应电动势瞬时表达式;
(2))半径为r1的导电圆环中感应电流的最大值I1m是多大?(计算中可取π2=10 )
(3)若不计其他损失,所有导电圆环的总功率P是多大?
分析:(1)根据法拉第电磁感应定律,即可确定感应电动势瞬时表达式;
(2)根据感应电动势的最大值,结合闭合电路欧姆定律,即可求解;
(3)根据最大值与有效值的关系,并结合电功率的表达式,从而可求解.
解答:解:(1)根据法拉第电磁感应定律,
半径为rn的导电圆环中产生的感应电动势瞬时表达式为
En=
△φ
△t
=S
△B
△t
=100
2
π2(2n-1)2r12sinωt
.
(2)第一个环中的感应电动势的最大值为En=
△φ
△t
=S
△B
△t
=100
2
π2(2n-1)2r12sinωt

第一环的电阻R1=0.125π×2πr1=0.25π2r1
故第一环中电流的最大值为I1m=
E1m
R1
=400
2
r1=4
2
A
.   
(3)第n环中感应电动势的最大值为Enm=100
2
π2rn2

第n环的电阻为Rn=0.125π×2πrn═0.25π2rn,
第n环中电流的最大值为Inm=
Enm
Rn
=400
2
rn

第n环中电流的有效值为In=400rn    
第n环中电功率为Pn=In2Rn=4×104π2rn3=4×105rn3
所有导电圆环的总功率为P=4×105(r13+r23+…+rn3)
代入数据得:P=4×105×(13+33+…+133)×0.013≈1.9×103W
答:(1)求出半径为rn的导电圆环中产生的感应电动势瞬时表达式En=100
2
π2(2n-1)2
r
2
1
sinωt
;
(2))半径为r1的导电圆环中感应电流的最大值I1m是4
2
A
.
(3)若不计其他损失,所有导电圆环的总功率P是1.9×103W.
点评:考查法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律的应用,掌握交流电的最大值与有效值的关系,理解电功率的表达式的运用.
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