题目
一闭合正方形线圈放在均匀磁场中,绕通过其中心且与一边平行的转轴OO′转动,转轴与磁场方向垂直,转动角速度为ω,如图所示.用下述哪一种办法可以使线圈中感应电流的幅值增加到原来的两倍(导线的电阻不能忽略)?( )A.把线圈的匝数增加到原来的两倍B.把线圈的面积增加到原来的两倍,而形状不变C.把线圈切割磁力线的两条边增长到原来的两倍D.把线圈的角速度ω增大到原来的两倍
一闭合正方形线圈放在均匀磁场中,绕通过其中心且与一边平行的转轴OO′转动,转轴与磁场方向垂直,转动角速度为ω,如图所示.用下述哪一种办法可以使线圈中感应电流的幅值增加到原来的两倍(导线的电阻不能忽略)?( )

- A.把线圈的匝数增加到原来的两倍
- B.把线圈的面积增加到原来的两倍,而形状不变
- C.把线圈切割磁力线的两条边增长到原来的两倍
- D.把线圈的角速度ω增大到原来的两倍
题目解答
答案
D. 把线圈的角速度ω增大到原来的两倍
解析
本题考查电磁感应中的感应电流最大值与相关物理量的关系。关键在于理解感应电动势的最大值公式和电路总电阻对电流的影响。
核心思路:
- 感应电流最大值由电动势最大值与电路总电阻的比值决定,即 $I_{\text{max}} = \frac{E_{\text{max}}}{R}$。
- 电动势最大值公式为 $E_{\text{max}} = NBS\omega$,其中 $N$ 为匝数,$B$ 为磁感应强度,$S$ 为线圈面积,$\omega$ 为角速度。
- 总电阻 $R$ 与导线长度成正比,而导线长度由线圈形状和尺寸决定。
破题关键:
- 分析各选项对 $E_{\text{max}}$ 和 $R$ 的影响,判断是否满足 $I_{\text{max}}$ 翻倍的条件。
选项分析
选项A:匝数增加到原来的两倍
- $E_{\text{max}}$ 变为原来的2倍($N$ 增加2倍)。
- $R$ 也变为原来的2倍(导线总长度翻倍)。
- $I_{\text{max}}$:$\frac{2E_{\text{max}}}{2R} = \frac{E_{\text{max}}}{R}$,电流不变。
选项B:面积增加到原来的两倍,形状不变
- $E_{\text{max}}$ 变为原来的2倍($S$ 翻倍)。
- $R$ 变为原来的 $\sqrt{2}$ 倍(边长变为 $\sqrt{2}$ 倍,导线总长度增加)。
- $I_{\text{max}}$:$\frac{2E_{\text{max}}}{\sqrt{2}R} = \sqrt{2} \cdot \frac{E_{\text{max}}}{R}$,电流增加约1.414倍。
选项C:切割磁感线的边增长到原来的两倍
- $E_{\text{max}}$ 变为原来的2倍(面积翻倍)。
- $R$ 变为原来的1.5倍(导线总长度增加)。
- $I_{\text{max}}$:$\frac{2E_{\text{max}}}{1.5R} = \frac{4}{3} \cdot \frac{E_{\text{max}}}{R}$,电流增加约1.333倍。
选项D:角速度增大到原来的两倍
- $E_{\text{max}}$ 变为原来的2倍($\omega$ 翻倍)。
- $R$ 不变(导线长度和横截面积未改变)。
- $I_{\text{max}}$:$\frac{2E_{\text{max}}}{R} = 2 \cdot \frac{E_{\text{max}}}{R}$,电流翻倍。