题目
[题目]半径为a的圆线圈置于磁感强度为B的均-|||-匀磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,线圈电阻为-|||-R;当把线圈转动使其法向与B的夹角 alpha =(60)^circ 时,-|||-线圈中通过的电荷与线圈面积及转动所用的时间的-|||-关系是 ()-|||-A.与线圈面积成正比,与时间无关-|||-B.与线圈面积成正比,与时间成正比-|||-C.与线圈面积成反比,与时间成正比-|||-D.与线圈面积成反比,与时间无关

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查法拉第电磁感应定律的应用,以及电荷量与磁通量变化的关系。
解题核心思路:
- 确定磁通量变化量:线圈转动前后磁通量的变化是关键,需计算初始和最终状态的磁通量差。
- 应用电荷量公式:通过感应电动势和闭合电路欧姆定律,推导电荷量与磁通量变化的关系,发现电荷量与时间无关。
破题关键点:
- 磁通量变化量的计算需注意角度变化后的余弦关系。
- 电荷量公式的推导需明确感应电流与时间的抵消关系。
步骤1:计算磁通量变化量
线圈初始状态与磁场垂直,磁通量为:
$\Phi_1 = B \cdot S = B \cdot \pi a^2$
转动后法向与磁场夹角为 $60^\circ$,磁通量为:
$\Phi_2 = B \cdot S \cdot \cos 60^\circ = B \cdot \pi a^2 \cdot \frac{1}{2}$
磁通量变化量为:
$\Delta \Phi = \Phi_2 - \Phi_1 = -\frac{B \pi a^2}{2}$
绝对值为 $\frac{B \pi a^2}{2}$。
步骤2:推导电荷量公式
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势为:
$E = n \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} = n \frac{B \pi a^2}{2 \Delta t}$
闭合电路中电流为:
$I = \frac{E}{R} = \frac{n B \pi a^2}{2 R \Delta t}$
电荷量为电流与时间的乘积:
$q = I \cdot \Delta t = \frac{n B \pi a^2}{2 R}$
结论:电荷量 $q$ 与线圈面积 $S$ 成正比,与转动时间 $\Delta t$ 无关。