Question

【題目】如圖所示，勻強(qiáng)磁場中有一矩形閉合線圈abcd，線圈平面與磁場垂直。已知線圈的匝數(shù)N=100，邊長ab="1.0" m、bc="0.5" m，電阻r=2Ω。磁感應(yīng)強(qiáng)度B在0 ~1 s內(nèi)從零均勻變化到0.2 T。在1~5 s內(nèi)從0.2 T均勻變化到-0.2T，取垂直紙面向里為磁場的正方向。求：

（1）0.5s 時(shí)線圈內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小E和感應(yīng)電流的方向；

（2）在1~5s內(nèi)通過線圈的電荷量q；

（3）在0~5s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱Q。

Answer 1

【答案】（1）E=10V，感應(yīng)電流方向?yàn)?/span>adcba（2）q=10C （3）Q="100J"

【解析】（1）要求解0.5s時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢，只能通過求平均感應(yīng)電動(dòng)勢著眼。由于線圈與磁場方向垂直的有效面積不變，只是磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻變化，則0.5s的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢正好與0 ~1 s的平均感應(yīng)電動(dòng)勢相等。感應(yīng)電流的方向可根據(jù)楞次定律來進(jìn)行判斷即可。（2）要分析1~5s的電荷量q，則只要根據(jù)求解即可；（3）由于磁場的變化分0 ~1 s和1 ~5 s兩個(gè)不同的階段，可從兩階段分別對線圈產(chǎn)生的焦耳熱進(jìn)行分析，運(yùn)用即可求得。

（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B在0 ~1 s 內(nèi)從零均勻變化到0.2 T，故0.5s時(shí)刻的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和0 ~1 s 內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢大小相等。則由感應(yīng)電動(dòng)勢：且磁通量的變化量，可解得，代入數(shù)據(jù)得。0 ~1 s磁感應(yīng)強(qiáng)度在逐漸增大，根據(jù)楞次定律：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場將與原磁場方向相反，則感應(yīng)電流的方向?yàn)椋?/span>adcba。

（2）同理可得： ，感應(yīng)電流，電量

解得： ,代入數(shù)據(jù)得：q=10C。

（3）0 ~1 s 內(nèi)的焦耳熱，且

1~5 s 內(nèi)的焦耳熱，由,代入數(shù)據(jù)得：