题目
有一圆形线圈在均匀磁场中作下列几种运动,以下哪种情况在线圈中产生感应电流( )A. 线圈沿磁场方向平移B. 线圈沿垂直于磁场方向平移C. 线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向平行D. 线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向垂直
有一圆形线圈在均匀磁场中作下列几种运动,以下哪种情况在线圈中产生感应电流( )
A. 线圈沿磁场方向平移
B. 线圈沿垂直于磁场方向平移
C. 线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向平行
D. 线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向垂直
题目解答
答案
D. 线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向垂直
解析
本题考查电磁感应现象的条件,即闭合回路中磁通量是否变化。关键点在于分析不同运动方式下线圈的磁通量变化情况:
- 磁通量公式:$\Phi = B \cdot S \cdot \cos\theta$,其中$B$为磁感应强度,$S$为线圈面积,$\theta$为线圈平面法线方向与磁场方向的夹角。
- 感应电流产生的条件:磁通量发生变化($\Delta \Phi \neq 0$)。
- 运动分析:线圈平移或转动时,需判断$\theta$是否变化,以及线圈是否切割磁感线。
选项分析
A. 线圈沿磁场方向平移
- 磁场均匀,平移不改变线圈所在位置的$B$值,且线圈平面方向不变($\theta$不变)。
- 磁通量不变,无感应电流。
B. 线圈沿垂直于磁场方向平移
- 磁场均匀,平移过程中线圈平面方向不变($\theta$不变)。
- 磁通量不变,无感应电流。
C. 线圈绕与磁场方向平行的轴转动
- 假设磁场方向水平,线圈绕水平直径转动。此时线圈平面始终与磁场方向垂直($\theta = 0^\circ$),$\cos\theta = 1$。
- 磁通量不变,无感应电流。
D. 线圈绕与磁场方向垂直的轴转动
- 假设磁场方向垂直,线圈绕竖直直径转动。转动过程中,线圈平面与磁场方向的夹角$\theta$从$0^\circ$变为$90^\circ$,$\cos\theta$从$1$变为$0$。
- 磁通量从$B \cdot S$减小到$0$,变化显著,产生感应电流。