题目内容

1.如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0m、bc=0.5m,电阻r=2Ω.磁感应强度B在0~1s内从零均匀变化到0.2T.在1~5s内从0.2T均匀变化到-0.2T,取垂直纸面向里为磁场的正方向.求:
(1)0.5s 时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向;
(2)在0~5s内线圈产生的焦耳热Q.

分析 (1)由题可确定磁感应强度B的变化率$\frac{△B}{△t}$,根据法拉第电磁感应定律求出感应电动势,根据楞次定律判断感应电流的方向;
(2)分析两个时间段:0~1s和1~5s,由焦耳定律分别求出热量,即可得到总热量;

解答 解:(1)磁感应强度B在0~1 s 内从零均匀变化到0.2 T,
故0.5s时刻的瞬时感应电动势的大小和0~1 s 内的平均感应电动势大小相等.
则由感应电动势:${E}_{1}=N\frac{△{∅}_{1}}{△{t}_{1}}$
且磁通量的变化量△∅1=△B1S,
可解得${E}_{1}=N\frac{△{B}_{1}S}{△{t}_{1}}$
代入数据得E1=10V
0~1 s磁感应强度在逐渐增大,根据楞次定律:感应电流产生的磁场将与原磁场方向相反,
则感应电流的方向为:adcba
(2)0~1 s 内${I}_{1}=\frac{{E}_{1}}{r}$ 产生的焦耳热${Q}_{1}{=I}_{1}^{2}r△{t}_{1}$=50J;
1~5 s 内的焦耳热${Q}_{2}{=I}_{2}^{2}r△{t}_{2}$=50J
那么Q=Q1+Q2=100J
答:(1)0.5s 时线圈内感应电动势的大小10V,和感应电流的方向为a→d→c→b→a;
 (2)在0~5s内线圈产生的焦耳热100J.

点评 本题是法拉第电磁感应定律、欧姆定律、焦耳定律和楞次定律等知识的综合应用,这些都是电磁感应现象遵守的基本规律,要熟练掌握,并能正确应用.

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