题目

题型：不详难度：来源：

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，电阻的阻值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，穿过线圈的磁通量和通过电阻R的感应电流的大小；
（2）在t=5.0s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-B1)S

△t1

-----①
  根据闭合电路欧姆定律，闭合回路中的感应电流I1=

E1

R+r

--------②
                        解得  I₁=0.2A      
  （2）在4-6S时间内     E₂=n

△φ

△t2

=n

(B6-B4)S

△t2

---------------③
                          则5S时的电流为I2=

E

R+r

---------------④
      在t=5.0s时刻，电阻R消耗的电功率   P=I₂²R--------------------⑤
               由③④⑤可得 P=2.56W
   （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                   
     在4.0s～6.0s时间内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2.56W
    （3）0～6.0s内整个闭合电路中产生的热量为.2J．