题目内容

【题目】如图甲所示,矩形导体框架abcd竖直固定放置,ab平行于dc且ab边长L= 0.20m,框架上连接定值电阻R= 9Ω,其余电阻不计。匝数n =300匝、横截面积S =0.01m2、阻值r=1Ω的线圈亦竖直固定放置,通过导线和开关K与导体框架相连。导体框架和整个线圈均处于沿其轴线方向的匀强磁场中,选向上的方向为磁感应强度B的正方向,匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。在t=0时刻,闭合开关K,求∶

(1)在前10s内,线圈中感应电动势的大小。

(2)若忽略感应电流磁场的影响,那么,在t1=22s时刻,ab边所受安培力的大小和方向。

【答案】(1)3V;(2)N,方向垂直于纸面向里。

【解析】

(1)设前10s内,线圈中感应电动势的大小为。由法拉第电磁感应定律得:

其中

联立解得V

(2)在20s~25s内,由楞次定律得,线圈中电流方向为俯视逆时针方向,所以边中的电流方向为由向,设线圈中的感应电动势大小为。由法拉第电磁感应定律得

设电路中电流的大小为,由闭合电路的欧姆定律得

设s时刻,磁感应强度的大小为,由图像可得

T=0.6T

此时,设边所受安培力的大小为,由安培力公式得

联立解得N

由左手定则判断可得,边所受安培力的方向垂直于纸面向里

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