问题 问答题

如图甲所示,在一个正方形金属线圈区域内,存在着磁感应强度B随时间变化的匀强磁场,磁场的方向与线圈平面垂直.金属线圈所围的面积S=200cm2,匝数n=1000,线圈电阻r=1.0Ω.线圈与电阻R构成闭合回路,电阻R=4.0Ω.匀强磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示,求:

(1)在t=2.0s时刻,通过电阻R的感应电流的大小;

(2)在t=2.0s时刻,电阻R消耗的电功率;

(3)0~6.0s内整个闭合电路中产生的热量.

答案

(1)根据法拉第电磁感应定律,0~4.0s时间内线圈中磁通量均匀变化,产生恒定的感应电流.

      t1=2.0s时的感应电动势E1=n

△Φ
t1
=n
(B4-B0)S
t1

      根据闭合电路欧姆定律,闭合回路中的感应电流I1=

E1
R+r

            解得  I1=0.2A                                      

   (2)在t=2.0s时刻,电阻R消耗的电功率P=I12R=0.16W.

   (3)根据焦耳定律,0~4.0s内闭合电路中产生的热量

        Q1=I12(r+R)△t1=0.8 J                   

      由图象可知,在4.0s~6.0s时间内,线圈中产生的感应电动势E2=n

Φ2
t2
=n
Φ6-Φ4
t2

    根据闭合电路欧姆定律,t2=5.0s时闭合回路中的感应电流I2=

E2
R+r
=0.8A

      闭合电路中产生的热量 Q2=I22(r+R)△t2=6.4J

 故0~6.0s内整个闭合电路中产生的热量Q=Q1+Q2=7.2J.

答:(1)在t=2.0s时刻,通过电阻R的感应电流的大小为0.2A;

    (2)在t=2.0s时刻,电阻R消耗的电功率为0.16W;

    (3)0~6.0s内整个闭合电路中产生的热量为7.2J.

解答题
单项选择题