题目内容

14.如图,匀强磁场中有一个由半圆弧及其直径构成的导线框,直径部分刚好处在磁场边缘上侧,磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0.使该线框从图示位置绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动90°时,线框中产生的感应电流为I,此时线框直径部分所受安培力大小为F.若使线框保持图中所示位置不变,磁感应强度大小从B0开始随时间t线性变化,磁感应强度变化率用$\frac{△B}{△t}$表示,则下列说法正确的是(  )
A.当$\frac{△B}{△t}$=$\frac{ω{B}_{0}}{π}$时,线框中产生的感应电流等于I
B.当$\frac{△B}{△t}$=$\frac{ω{B}_{0}}{π}$时,线框中产生的感应电流小于I
C.当$\frac{△B}{△t}$=$\frac{ω{B}_{0}}{π}$,磁感应强度变为$\frac{{B}_{0}}{2}$时,线框直径部分所受安培力大于等于F
D.当$\frac{△B}{△t}$=$\frac{ω{B}_{0}}{2π}$,磁感应强度变为$\frac{{B}_{0}}{2}$时,线框直径部分所受安培力大小等于F

分析 根据转动切割感应电动势公式$E=\frac{1}{2}B{L}_{\;}^{2}ω$,L=R,求出感应电动势,由欧姆定律求解感应电流,当磁场均匀变化时,由$E=\frac{△B}{△t}S$求解感应电动势,由F=BIL求解安培力.

解答 解:AB、线框匀速转动,线框切割磁感线产生的感应电动势$E={B}_{0}^{\;}R\overline{v}={B}_{0}^{\;}R\frac{ωR}{2}=\frac{{B}_{0}^{\;}{R}_{\;}^{2}ω}{2}$,设线框电阻为r,线框中产生的感应电流$I=\frac{E}{r}=\frac{{B}_{0}^{\;}{R}_{\;}^{2}ω}{2r}$
线框保持图中位置不变,磁感应强度大小从B0开始随时间t线性变化,当$\frac{△B}{△t}=\frac{ω{B}_{0}^{\;}}{π}$时,线框中产生的感应电动势$E′=\frac{△B}{△t}•\frac{1}{2}π{R}_{\;}^{2}=\frac{ω{B}_{0}^{\;}}{π}•\frac{1}{2}π{R}_{\;}^{2}=\frac{{B}_{0}^{\;}{R}_{\;}^{2}ω}{2}$,感应电动势与线圈匀速转动时产生的电动势相等,所以线框中产生的感应电流等于I,故A正确,B错误;
C、匀速转动过程中,线框直径部分所受安培力$F={B}_{0}^{\;}IR$;当$\frac{△B}{△t}=\frac{ω{B}_{0}^{\;}}{π}$时,线框中的电流等于I,磁感应强度为$\frac{{B}_{0}^{\;}}{2}$时,线框直径部分所受的安培力$F′=\frac{{B}_{0}^{\;}}{2}I•2R={B}_{0}^{\;}IR$,线框直径部分所受安培力大小等于F,故C正确,;
D、当$\frac{△B}{△t}$=$\frac{ω{B}_{0}}{2π}$,线框产生感应电动势为$\frac{E}{2}$,感应定流为$\frac{I}{2}$,线框直径部分所受安培力大小$\frac{{B}_{0}^{\;}}{2}•\frac{I}{2}•2R=\frac{1}{2}{B}_{0}^{\;}IL=\frac{1}{2}F$,故D错误;
故选:AC

点评 本题关键是掌握转动切割感应电动势公式$E=\frac{1}{2}B{L}_{\;}^{2}ω$,和法拉第电磁感应定律,注意求解安培力时,有效长度代入计算,在磁场外的部分不受安培力.

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