精英家教網(wǎng)如圖甲所示是利用渦流冶煉金屬的感應爐示意圖,冶煉爐內(nèi)裝入被冶煉的金屬,線圈通上高頻交變電流,這時被冶煉的金屬中就產(chǎn)生很強的渦流,從而產(chǎn)生大量的熱使金屬熔化,這種冶煉方法速度快,溫度容易控制,并能避免有害雜質(zhì)混入被冶煉的金屬中,因此適于冶煉特種合金和特種鋼,其簡化模型如圖乙所示.假設(shè)金屬環(huán)的阻值R=10πΩ,半徑r=10cm,其外側(cè)線圈中通以高頻的交流電,線圈中產(chǎn)生垂直于金屬環(huán)所在平面的變化磁場,磁場的磁感應強度B隨時間變化關(guān)系為B=0.1sin(4×104t)(T).不計溫度變化對電阻的影響,計算結(jié)果可保留π.求:
(1)金屬環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢最大值;
(2)1s時間內(nèi)金屬環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱;
(3)在磁場變化的0時刻到四分之一周期時間內(nèi),通過金屬環(huán)截面的電荷量.
分析:(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律為E=
△B
△t
求出感應電動勢,由歐姆定律求出感應電流.畫出電流圖象.
(2)根據(jù)電流的熱效應,求出此電流在一個周期通過阻值為R的電阻產(chǎn)生的熱量,與直流相比較,求出有效值.然后根據(jù)焦耳定律求出熱量.
(3)根據(jù)法拉第電磁感應定律、歐姆定律、電流與電量的關(guān)系式求解通過圓環(huán)的電荷量.
解答:解:(1)由于磁感應強度B隨時間變化關(guān)系為B=0.1sin(4×104t)(T),
所以金屬環(huán)中的電動勢:
e=
△Φ
△t
=
△B
△t
?S=0.1×4×104×π×0.12cos(4×104t)V=40πcos(4×104t)
V
金屬環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢最大值是40πV
(2)金屬環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢有效值:E=
Em
2
=20
2
π
V
1s時間內(nèi)金屬環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱:Q=
E2
R
=
(20
2
π)
2
10π
=80π
J
(3)在磁場變化的0時刻到四分之一周期時間內(nèi),磁通量從0增大到0.1T,
通過金屬環(huán)截面的電荷量:q=
.
e
R
?△t=
△Φ
△t?R
?△t=
△B?S
R
=
0.1×π×0.12
10π
=1×10-4
C
答:(1)金屬環(huán)中產(chǎn)生的感應電動勢最大值是40πV;
(2)1s時間內(nèi)金屬環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱是80πJ;
(3)在磁場變化的0時刻到四分之一周期時間內(nèi),通過金屬環(huán)截面的電荷量是1×10-4C.
點評:本題運用法拉第電磁感應定律、歐姆定律和焦耳定律研究高頻焊接的原理,抓住B-t的變化率是B對t的導數(shù),即求出磁通量的變化率,得到感應電動勢.根據(jù)有效值的定義求解有效值.求解電量的關(guān)鍵是掌握法拉第電磁感應定律E=
△Φ
△t
=
△BS
R
.,
練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

渦流制動是一種利用電磁感應原理工作的新型制動方式,它的基本原理如圖甲所示.水平面上固定一塊鋁板,當一豎直方向的條形磁鐵在鋁板上方幾毫米高度上水平經(jīng)過時,鋁板內(nèi)感應出的渦流會對磁鐵的運動產(chǎn)生阻礙作用.渦流制動是磁懸浮列車在高速運行時進行制動的一種方式.某研究所制成如圖乙所示的車和軌道模型來定量模擬磁懸浮列車的渦流制動過程.車廂下端安裝有電磁鐵系統(tǒng),能在長為L1=0.6m,寬L2=0.2m的矩形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生豎直方向的勻強磁場,磁感應強度可隨車速的減小而自動增大(由車內(nèi)速度傳感器控制),但最大不超過B1=2T,將鋁板簡化為長大于L1,寬也為L2的單匝矩形線圈,間隔鋪設(shè)在軌道正中央,其間隔也為L2,每個線圈的電阻為R1=0.1Ω,導線粗細忽略不計.在某次實驗中,模型車速度為v0=20m/s時,啟動電磁鐵系統(tǒng)開始制動,車立即以加速度a1=2m/s2做勻減速直線運動,當磁感應強度增加到B1時就保持不變,直到模型車停止運動.已知模型車的總質(zhì)量為m1=36kg,空氣阻力不計.不考慮磁感應強度的變化引起的電磁感應現(xiàn)象以及線圈激發(fā)的磁場對電磁鐵產(chǎn)生磁場的影響.
精英家教網(wǎng)
(1)電磁鐵的磁感應強度達到最大時,模型車的速度為多大?
(2)模型車的制動距離為多大?
(3)為了節(jié)約能源,將電磁鐵換成若干個并在一起的永磁鐵組,兩個相鄰的磁鐵磁極的極性相反,且將線圈改為連續(xù)鋪放,如圖丙所示,已知模型車質(zhì)量減為m2=20kg,永磁鐵激發(fā)的磁感應強度恒為B2=0.1T,每個線圈匝數(shù)為N=10,電阻為R2=1Ω,相鄰線圈緊密接觸但彼此絕緣.模型車仍以v0=20m/s的初速度開始減速,為保證制動距離不大于80m,至少安裝幾個永磁鐵?

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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

渦流制動是一種利用電磁感應原理工作的新型制動方式,它的基本原理如圖甲所示。水平面上固定一塊鋁板,當一豎直方向的條形磁鐵在鋁板上方幾毫米高度上水平經(jīng)過時,鋁板內(nèi)感應出的渦流會對磁鐵的運動產(chǎn)生阻礙作用。

渦流制動是磁懸浮列車在高速運行時進行制動的一種方式。某研究所制成如圖乙所示的車和軌道模型來定量模擬磁懸浮列車的渦流制動過程。車廂下端安裝有電磁鐵系統(tǒng),能在長為,寬的矩形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生豎直方向的勻強磁場,磁感應強度可隨車速的減小而自動增大(由車內(nèi)速度傳感器控制),但最大不超過,將鋁板簡化為長大于,寬也為的單匝矩形線圈,間隔鋪設(shè)在軌道正中央,其間隔也為,每個線圈的電阻為,導線粗細忽略不計。在某次實驗中,模型車速度為時,啟動電磁鐵系統(tǒng)開始制動,車立即以加速度做勻減速直線運動,當磁感應強度增加到時就保持不變,直到模型車停止運動。已知模型車的總質(zhì)量為,空氣阻力不計。不考慮磁感應強度的變化引起的電磁感應現(xiàn)象以及線圈激發(fā)的磁場對電磁鐵產(chǎn)生磁場的影響。

(1)電磁鐵的磁感應強度達到最大時,模型車的速度為多大?

(2)模型車的制動距離為多大?

(3)為了節(jié)約能源,將電磁鐵換成若干個并在一起的永磁鐵組,兩個相鄰的磁鐵磁極的極性相反,且將線圈改為連續(xù)鋪放,如圖丙所示,已知模型車質(zhì)量減為,永磁鐵激發(fā)的磁感應強度恒為,每個線圈匝數(shù)為,電阻為,相鄰線圈緊密接觸但彼此絕緣。模型車仍以的初速度開始減速,為保證制動距離不大于,至少安裝幾個永磁鐵?

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科目:高中物理 來源:2011年天津市十二區(qū)縣重點中學聯(lián)考高考物理模擬試卷(二)(解析版) 題型:解答題

渦流制動是一種利用電磁感應原理工作的新型制動方式,它的基本原理如圖甲所示.水平面上固定一塊鋁板,當一豎直方向的條形磁鐵在鋁板上方幾毫米高度上水平經(jīng)過時,鋁板內(nèi)感應出的渦流會對磁鐵的運動產(chǎn)生阻礙作用.渦流制動是磁懸浮列車在高速運行時進行制動的一種方式.某研究所制成如圖乙所示的車和軌道模型來定量模擬磁懸浮列車的渦流制動過程.車廂下端安裝有電磁鐵系統(tǒng),能在長為L1=0.6m,寬L2=0.2m的矩形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生豎直方向的勻強磁場,磁感應強度可隨車速的減小而自動增大(由車內(nèi)速度傳感器控制),但最大不超過B1=2T,將鋁板簡化為長大于L1,寬也為L2的單匝矩形線圈,間隔鋪設(shè)在軌道正中央,其間隔也為L2,每個線圈的電阻為R1=0.1Ω,導線粗細忽略不計.在某次實驗中,模型車速度為v=20m/s時,啟動電磁鐵系統(tǒng)開始制動,車立即以加速度a1=2m/s2做勻減速直線運動,當磁感應強度增加到B1時就保持不變,直到模型車停止運動.已知模型車的總質(zhì)量為m1=36kg,空氣阻力不計.不考慮磁感應強度的變化引起的電磁感應現(xiàn)象以及線圈激發(fā)的磁場對電磁鐵產(chǎn)生磁場的影響.

(1)電磁鐵的磁感應強度達到最大時,模型車的速度為多大?
(2)模型車的制動距離為多大?
(3)為了節(jié)約能源,將電磁鐵換成若干個并在一起的永磁鐵組,兩個相鄰的磁鐵磁極的極性相反,且將線圈改為連續(xù)鋪放,如圖丙所示,已知模型車質(zhì)量減為m2=20kg,永磁鐵激發(fā)的磁感應強度恒為B2=0.1T,每個線圈匝數(shù)為N=10,電阻為R2=1Ω,相鄰線圈緊密接觸但彼此絕緣.模型車仍以v=20m/s的初速度開始減速,為保證制動距離不大于80m,至少安裝幾個永磁鐵?

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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

渦流制動是一種利用電磁感應原理工作的新型制動方式,它的基本原理如圖甲所示。水平面上固定一塊鋁板,當一豎直方向的條形磁鐵在鋁板上方幾毫米高度上水平經(jīng)過時,鋁板內(nèi)感應出的渦流會對磁鐵的運動產(chǎn)生阻礙作用。

渦流制動是磁懸浮列車在高速運行時進行制動的一種方式。某研究所制成如圖乙所示的車和軌道模型來定量模擬磁懸浮列車的渦流制動過程。車廂下端安裝有電磁鐵系統(tǒng),能在長為,寬的矩形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生豎直方向的勻強磁場,磁感應強度可隨車速的減小而自動增大(由車內(nèi)速度傳感器控制),但最大不超過,將鋁板簡化為長大于,寬也為的單匝矩形線圈,間隔鋪設(shè)在軌道正中央,其間隔也為,每個線圈的電阻為,導線粗細忽略不計。在某次實驗中,模型車速度為時,啟動電磁鐵系統(tǒng)開始制動,車立即以加速度做勻減速直線運動,當磁感應強度增加到時就保持不變,直到模型車停止運動。已知模型車的總質(zhì)量為,空氣阻力不計。不考慮磁感應強度的變化引起的電磁感應現(xiàn)象以及線圈激發(fā)的磁場對電磁鐵產(chǎn)生磁場的影響。

(1)電磁鐵的磁感應強度達到最大時,模型車的速度為多大?

(2)模型車的制動距離為多大?

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