高中 | 线框模型 题目答案及解析

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选修3-2

第四章 电磁感应

4.4 法拉第电磁感应定律

线框模型

如图所示,单匝正方形线圈$A$$B$在外力作用下均以速度$v$向右匀速进入匀强磁场,$B$线圈的边长是$A$$2$倍,线圈粗细相同,材料相同。在两个线圈完全进入磁场的过程中$(\qquad)$

["

$A$$B$线圈产生的电流之比是$1:4$

","

外力对$A$$B$线圈做功的功率之比是$1:4$

","

$A$$B$线圈产生的热量之比是$1:4$

","

通过$A$$B$线圈横截面的电荷量之比是$1:4$

"]
[["C"]]

$\rm A$.设线圈边长为$L$,电阻为$R$,线圈横截面积为$S$,则线圈中的电流$I=\dfrac{BLv}{R}$

线圈电阻$R=\rho\dfrac{4L}{S}$

联立解得$I=\dfrac{BvS}{4\rho}$

可知电流与边长无关,则$A$$B$线圈产生的电流之比是$1:1$,故$\rm A$错误;

$\rm B$.对线圈,由平衡条件有$F_{外}=F_{\text{A}}=BIL=\dfrac{B^{2}L^{2}v}{R}=\dfrac{B^{2}LvS}{4\rho}$

则外力功率$P=F_{外}v=\dfrac{B^{2}Lv^{2}S}{4\rho}$

可知功率与$L$成正比,因为$B$线圈的边长是$A$$2$倍,则外力对$A$$B$线圈做功的功率之比是$1$$2$,故$\rm B$错误;

$\rm C$.线圈产生热量$Q=I^{2}Rt=I^{2}R \times \dfrac{L}{v}$

联立解得$Q=\dfrac{B^{2}L^{2}vS}{4\rho}$

可知热量$Q$$L^{2}$成正比,故$A$$B$线圈产生的热量之比是$1:4$,故$\rm C$正确;

$\rm D$.电荷量$q=\overline{I}\Delta t=\dfrac{\overline{E}}{R}\Delta t=\dfrac{\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}}{R}\Delta t=\dfrac{\Delta\Phi}{R}=\dfrac{BL^{2}}{R}$

代入$R$,联立解得$q=\dfrac{BLS}{4\rho}$

可知$q$$L$正比,通过$A$$B$线圈横截面的电荷量之比是$1:2$,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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