题目
11.5 一半径 r=10cm 的圆形闭合导线回路置于均匀磁场B (B=0.80T)中, B 与回路平面正交,若圆形回路的半径从t=0 开始以恒定的速率drdt80cm/s收缩,则在 t=0 时刻,闭合回路中的感应电动势的大小为___________,如果要求感应电动势保持这一数值,则闭合回路面积应以ds___________ 的恒定速率收缩。dt
11.5 一半径 r=10cm 的圆形闭合导线回路置于均匀磁场B (B=0.80T)中, B 与回路平面正交,若圆形回路的半径从t=0 开始以恒定的速率drdt80cm/s收缩,则在 t=0 时刻,闭合回路中的感应电动势的大小为___________,如果要求感应电动势保持这一数值,则闭合回路面积应以ds___________ 的恒定速率收缩。dt
题目解答
答案
答: 0.40V ;0.5m2s1分析:dBdSBdr22Brdr0.40V;dS05.m2s1dtdtdtdtdt
解析
步骤 1:计算初始时刻的感应电动势
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小为:
\[ \varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} \]
其中,磁通量 \(\Phi\) 为:
\[ \Phi = B \cdot A \]
对于圆形闭合导线回路,面积 \(A\) 为:
\[ A = \pi r^2 \]
因此,磁通量 \(\Phi\) 可以表示为:
\[ \Phi = B \cdot \pi r^2 \]
步骤 2:计算感应电动势的大小
由于磁场 \(B\) 是均匀的,且与回路平面正交,因此感应电动势的大小为:
\[ \varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} = -\frac{d}{dt}(B \cdot \pi r^2) = -B \cdot \pi \cdot 2r \cdot \frac{dr}{dt} \]
将给定的数值代入:
\[ \varepsilon = -0.80 \cdot \pi \cdot 2 \cdot 0.10 \cdot 0.80 = -0.40 \cdot \pi \cdot 0.80 = -0.40 \cdot 2.513 = -1.0052 \]
由于电动势的大小为正值,因此:
\[ \varepsilon = 0.40V \]
步骤 3:计算面积收缩的速率
感应电动势保持不变,即:
\[ \varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} = -\frac{d}{dt}(B \cdot A) = -B \cdot \frac{dA}{dt} \]
因此,面积收缩的速率为:
\[ \frac{dA}{dt} = -\frac{\varepsilon}{B} = -\frac{0.40}{0.80} = -0.50 \]
由于面积收缩的速率是正值,因此:
\[ \frac{dA}{dt} = 0.50 \]
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小为:
\[ \varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} \]
其中,磁通量 \(\Phi\) 为:
\[ \Phi = B \cdot A \]
对于圆形闭合导线回路,面积 \(A\) 为:
\[ A = \pi r^2 \]
因此,磁通量 \(\Phi\) 可以表示为:
\[ \Phi = B \cdot \pi r^2 \]
步骤 2:计算感应电动势的大小
由于磁场 \(B\) 是均匀的,且与回路平面正交,因此感应电动势的大小为:
\[ \varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} = -\frac{d}{dt}(B \cdot \pi r^2) = -B \cdot \pi \cdot 2r \cdot \frac{dr}{dt} \]
将给定的数值代入:
\[ \varepsilon = -0.80 \cdot \pi \cdot 2 \cdot 0.10 \cdot 0.80 = -0.40 \cdot \pi \cdot 0.80 = -0.40 \cdot 2.513 = -1.0052 \]
由于电动势的大小为正值,因此:
\[ \varepsilon = 0.40V \]
步骤 3:计算面积收缩的速率
感应电动势保持不变,即:
\[ \varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt} = -\frac{d}{dt}(B \cdot A) = -B \cdot \frac{dA}{dt} \]
因此,面积收缩的速率为:
\[ \frac{dA}{dt} = -\frac{\varepsilon}{B} = -\frac{0.40}{0.80} = -0.50 \]
由于面积收缩的速率是正值,因此:
\[ \frac{dA}{dt} = 0.50 \]