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简答题

电磁炉专用平底锅锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成起加热作用的是安在锅底的一系列半径相同的同心导电环导电环所用材料单位长度的电阻为R0=0.125Ω/m,从中心向外第n个同心圆环的半径为rn=(2n-1)r1(n为正整数且n≤7),已知r1=1.0cm.当电磁炉开启后,能产生垂直于锅底方向的变化磁场,已知该磁场的磁感应强度B的变化率为=100sinωt(T/s)忽略同心导电圆环感应电流之间的相互影响,

(1)求出半径为rn的导电圆环中产生的感应电动势瞬时值表达式

(2)半径为r1的导电圆环中感应电流的最大值I1m是多大,(取π2=10)

(3)若不计其他损失,所有导电圆环的总电功率P是多大?

正确答案

(1)根据法拉第电磁感应定律,则有:En===100πsinωt•π

 即其表达式为:100π2 sinωt(V);

(2)由欧姆定律,则有:I1m==

解得:I1m=

(3)第n圈电压有效值为:Un=

第n圈电阻为:Rn=R0•2πrn

第n圈功率为:Pn=

因此:P=∑Pn(n=1~7)

答:(1)求出半径为rn的导电圆环中产生的感应电动势瞬时值表达式100π2 sinωt(V)

(2)半径为r1的导电圆环中感应电流的最大值:I1m=

(3)若不计其他损失,所有导电圆环的总电功率P=∑Pn(n=1~7).

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简答题

如图(A)所示,固定于水平桌面上的金属架cdef,处在一竖直向下的匀强磁场中,磁感强度的大小为B0,金属棒ab搁在框架上,可无摩擦地滑动,此时adeb构成一个边长为l的正方形,金属棒的电阻为r,其余部分的电阻不计.从t=0的时刻起,磁场开始均匀增加,磁感强度变化率的大小为k(k=).求:

(1)用垂直于金属棒的水平拉力F使金属棒保持静止,写出F的大小随时间 t变化的关系式.

(2)如果竖直向下的磁场是非均匀增大的(即k不是常数),金属棒以速度v0向什么方向匀速运动时,可使金属棒中始终不产生感应电流,写出该磁感强度Bt随时间t变化的关系式.

(3)如果非均匀变化磁场在0-t1时间内的方向竖直向下,在t1-t2时间内的方向竖直向上,若t=0时刻和t1时刻磁感强度的大小均为B0,且adeb的面积均为l2.当金属棒按图(B)中的规律运动时,为使金属棒中始终不产生感应电流,请在图(C)中示意地画出变化的磁场的磁感强度Bt随时间变化的图象(t1-t0=t2-t1).

正确答案

(1)ε==S=kl2          I==       

因为金属棒始终静止,在t时刻磁场的磁感强度为Bt=B0+kt,所以

F=FA=BIl=( B0+kt )l=B0 +t        方向向右     

(2)根据感应电流产生的条件,为使回路中不产生感应电流,回路中磁通量的变化应为零,

因为磁感强度是逐渐增大的,所以金属棒应向左运动(使磁通量减小)  

即:△φ=0,即△φ=BtSt-B0S0

也就是  Bt l(l-vt )=B0l2    

得     Bt=                 

(3)如果金属棒的右匀速运动,因为这时磁感强度

是逐渐减小的,同理可推得,

Bt=.                   

所以磁感强度随时间变化的图象如右图(t2时刻Bt不为零)

答:(1)F的大小随时间 t变化的关系式为B0+t.

(2)磁感强度Bt随时间t变化的关系式 Bt=

(3)如图所示.

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一个正方形线圈边长a=0.20m,共有n=100匝,其总电阻r=4.0Ω.线圈与阻值R=16Ω的外电阻连成闭合回路,如图甲所示.线圈所在区域存在着分布均匀但强弱随时间变化的磁场,磁场方向垂直线圈平面,其磁感应强度B的大小随时间作周期性变化的周期T=1.0×10-2s,如图乙所示,图象中t1=T,T2=T,t3=T、….求:

(1)0-t1时间内,通过电阻R的电荷量;

(2)t=1.0s内电通过电阻R所产生的热量;

(3)线圈中产生感应电流的有效值.

正确答案

(1)0-t1时间内的感应电动势E=n=60V

通过电阻R的电流I1==3.0A

所以在0-t1时间内通过R的电荷量q=I1t1=1.0×10-2C

(2)在一个周期内,电流通过电阻R产生热量Q1=R=0.48J

在1.0s内电阻R产生的热量为Q==×0.48J=48J

(3)设感应电流的有效值为I,则一个周期内电流产生的热量Rt1=I2RT

解得I=I2=A

答:(1)0-t1时间内,通过电阻R的电荷量1.0×10-2C;

(2)t=1.0s内电通过电阻R所产生的热量48J;

(3)线圈中产生感应电流的有效值A.

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如图所示,边长为L的正方形线 圈abcd的匝数为n,线圈电阻为r,外电路的电阻为R,磁感应强度为B,电压表为理想交流电压表.现在线圈以角速度ω绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动,从线圈平面与磁感线平行开始计时.试求:

(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式; 

(2)电压表的示数  

(3)线圈从t=0开始,转过900的过程中,电阻R上通过的电荷量.

正确答案

(1)线圈转动时,电动势的最大值Em=nBωL2   

由闭合电路的欧姆定律得:

  电流最大值Im= 

故闭合电路中电流瞬时值的表达式为:i=cosωt   

(2)电路中电流的有效值I=

则电压表的示数U=IR=

(3)因R与线圈串联,则电阻R上通过的电荷量与通过线圈的电量相等

因q=•△t,==

所以q==

答:

(1)闭合电路中电流瞬时值的表达式为i=cosωt; 

(2)电压表的示数为 

(3)线圈从t=0开始,转过90°的过程中,电阻R上通过的电荷量

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如图1所示,匝数n=200匝的圆形线圈,面积S=50cm2,放在匀强磁场中,线圈平面始终与磁场方向垂直,并设磁场方向垂直纸面向里时,磁感应强度为正.线圈的电阻为r=0.5Ω,外接电阻R=1.5Ω.当穿过线圈的磁场按图2所示的规律变化时,求:

(1)0~0.1s内a、b两点哪一点的电势高?a、b两点之间的电压U为多少?

(2)0.1s~0.5s内通过R的电荷量.

正确答案

(1)由图2可知,在0~0.1s内,磁感应强度垂直纸面向里且磁感应强度变大,

由楞次定律可得,线圈中的感应电流沿逆时针方向,则b点电势高,a点电势低;

在0~0.1s内,由法拉第电磁感应定律得:

感应电动势E=n=nS=200×50×10-4m2×=4V,

由闭合电路的欧姆定律可得:电路电流I===2A,

a、b两点之间的电压U=IR=2A×1.5Ω=3V;

(2)感应电动势E=n=nS

电路电流I==

感应电荷量q=I△t=

由图2所示图象可知,在0.1s~0.5s内通过R的电荷量:

q=I△t==200×50×10-4m2×=-2C,

则通过电阻R的电荷量是2C.

答:(1)0~0.1s内b点电势高;a、b两点之间的电压U为3V;

(2)0.1s~0.5s内通过R的电荷量是2C.

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