题目内容

2.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1~5s内通过线圈的电荷量q;
(3)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)由法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电流的定义式I=$\frac{q}{t}$结合求解电量;
(3)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)在0~1s内,磁感应强度的变化率$\frac{△B}{△t}=\frac{0.2-0}{1}T/s=0.2T/s$
由于磁通量均匀变化,在0~1s内线圈中产生的感应电动势恒定不变,则根据法拉第电磁感应定律得:
0.5s时线圈内感应电动势的大小E1=N$\frac{△Φ}{△t}=N\frac{△B}{△t}$•ab•bc=100×0.2×1×0.5=10V
根据楞次定律判断得知,线圈中感应方向为逆时针方向.
(2)在1~5s内,磁感应强度B的变化率大小为$\frac{△B}{△t}=\frac{0.2-(-0.2)}{4}T/s$=0.1T/s,
由于磁通量均匀变化,在1~5s内线圈中产生的感应电动势恒定不变,则
根据法拉第电磁感应定律得:1~5s时线圈内感应电动势的大小E2=N$\frac{△Φ}{△t}=N\frac{△B}{△t}$•ab•bc=100×0.1×1×0.5=5V
通过线圈的电荷量为q=I2t2=$\frac{{E}_{2}^{\;}}{R}{t}_{2}^{\;}=\frac{5}{2}×4$C=10C;
(3)在0~1s内,线圈产生的焦耳热为Q1=$\frac{{E}_{1}^{2}}{R}{t}_{1}^{\;}=\frac{1{0}_{\;}^{2}}{2}×1$J=50J
在1~5s内,线圈产生的焦耳热为Q2=$\frac{{E}_{2}^{2}}{R}{t}_{2}^{\;}=\frac{{5}_{\;}^{2}}{2}×4$J=50J.
故在0~5s内线圈产生的焦耳热Q=Q1+Q2=100J.
答:(1)0.5s时线圈内感应电动势的大小E为10V,感应方向为逆时针方向.
 (2)在1~5s内通过线圈的电荷量q为10C.
 (3)在0~5s内线圈产生的焦耳热Q为100J.

点评 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.

练习册系列答案
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13.(1)某研究小组的同学为了测量某一电阻RX的阻值,甲同学先用多用电表进行粗测.使用多用电表欧姆挡时,将选择开关置于合适的挡位后,必须先将两表笔短接,再进行欧姆调零,使指针指在欧姆刻度的“0”处.若该同学将选择旋钮在“×1”位置,指针在刻度盘上停留的位置如图甲所示,则所测量的值为18Ω.

(2)为进一步精确测量该电阻,实验台上摆放有以下器材:
A.电流表(量程15mA,内阻未知)  B.电流表(量程0.6A,内阻未知)
C.电阻箱(最大电阻99.99Ω)    D.电阻箱(最大电阻999.9Ω)
E.电源(电动势3V,内阻1Ω)      F.单刀单掷开关2只     G.导线若干
乙同学设计的电路图如图乙所示,现按照如下实验步骤完成实验:
①调节电阻箱,使电阻箱有合适的阻值R1,仅闭合S1,使电流表有较大的偏转且读数为I;
②调节电阻箱,保持开关S1闭合,开关S2闭合,再次调节电阻箱的阻值为R2,使电流表读数仍为I.
a.根据实验步骤和实验器材规格可知,电流表应选择A,电阻箱应选择D.(填器材前字母)
b.根据实验步骤可知,待测电阻Rx=R2-R1(用题目所给测量数据表示).
(3)利用以上实验电路,闭合S2调节电阻箱R,可测量出电流表的内阻RA,丙同学通过调节电阻箱R,读出多组R和I值,作出了$\frac{1}{I}$-R图象如图丙所示.若图象中纵轴截距为1A-1,则电流表内阻RA=2Ω.

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