题目
将形状完全相同的铜环和木环静止放置在交变磁场中,并假设通过两环面的磁通量随时间的变化率相等.不计自感时则()A. 铜环中有感应电流,木环中无感应电流B. 铜环中有感应电流,木环中有感应电流C. 铜环中感应电场强度大,木环中感应电场强度小D. 铜环中感应电场强度小,木环中感应电场强度大
将形状完全相同的铜环和木环静止放置在交变磁场中,并假设通过两环面的磁通量随时间的变化率相等.不计自感时则()
A. 铜环中有感应电流,木环中无感应电流
B. 铜环中有感应电流,木环中有感应电流
C. 铜环中感应电场强度大,木环中感应电场强度小
D. 铜环中感应电场强度小,木环中感应电场强度大
题目解答
答案
A. 铜环中有感应电流,木环中无感应电流
解析
考查要点:本题主要考查法拉第电磁感应定律的应用,以及材料导电性对感应电流的影响。
解题核心思路:
- 感应电动势的来源:根据法拉第电磁感应定律,感应电动势由磁通量的变化率决定,与材料无关。
- 感应电流的条件:感应电流的存在不仅需要电动势,还需要环路具有较小的电阻。导体材料的电阻率直接影响电流大小。
- 感应电场的性质:感应电场由磁场变化引起,与材料无关,仅由磁通量变化率决定。
破题关键点:
- 铜环和木环的电阻差异是决定是否存在显著感应电流的关键。
- 感应电场强度由磁通量变化率唯一决定,与材料无关。
法拉第电磁感应定律分析
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势为:
$\mathcal{E} = -\frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}$
题目中明确给出两环的磁通量变化率相等,因此两环产生的感应电动势相等。
感应电流的条件
感应电流为:
$I = \frac{\mathcal{E}}{R}$
其中$R$为环路总电阻。
- 铜环是良导体,电阻$R_{\text{铜}}$很小,因此$I_{\text{铜}} = \mathcal{E}/R_{\text{铜}}$较大,存在明显感应电流。
- 木环是绝缘体,电阻$R_{\text{木}}$极大,因此$I_{\text{木}} = \mathcal{E}/R_{\text{木}} \approx 0$,可视为无感应电流。
感应电场强度
感应电场的环路积分为:
$\oint \mathbf{E} \cdot \mathrm{d}\mathbf{l} = -\frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}$
对于相同形状的环路,感应电场强度$E$仅由磁通量变化率决定,与材料无关。因此两环中的感应电场强度相等。