物理选修三磁场的知识点包括磁场、磁感线、地磁场、电流的磁场等。具体来说,磁场是由磁体、电流等物质产生的无形力场,而磁感线则是用来描述磁场的一系列假想线。地磁场则是指地球产生的磁场,对指南针的指向具有重要影响。电流的磁场则是电流产生的磁场,与电流的方向、强弱等因素有关。
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题目:一个矩形线圈在匀强磁场中转动,线圈平面与磁场方向垂直,已知线圈的匝数为n=100,电阻为R=10欧姆,线圈的边长为L1=0.2m,L2=0.3m,匀强磁场的磁感应强度为B=0.5T。求:
(1)线圈平面从平行于磁场位置开始转动180度时,感应电动势的最大值;
(2)线圈从平行于磁场开始转动,经过多少时间,感应电动势第一次达到最大值?
(3)线圈从平行于磁场开始转动,经过多少时间,线圈转过90度?
解答:
(1)根据法拉第电磁感应定律,当线圈平面从平行于磁场位置开始转动180度时,感应电动势的最大值为:
E = nBSω = 100 × 0.5 × 0.2 × 0.3 × 2π = 6πV
(2)根据闭合电路欧姆定律,感应电动势最大时,电流最大,此时线圈电阻两端电压为:
U = IR = 10 × 6π/10 = 6πV
根据能量守恒定律,感应电动势最大时,线圈转过的角度为:
θ = 360° - 90° = 270°
所以线圈转过的时间为:
t = θ/ω = (270°)/(2π) = 45秒
(3)线圈转过90度时,感应电动势最大值为:
E = nBSωcosθ = 6πcos90° = -3πV
根据闭合电路欧姆定律,此时线圈电阻两端电压为:
U = IR = -3π/10V
所以线圈转过的时间为:
t = ( -3π/10) / (2π) = -3/2秒
答案:(1)6πV;(2)45秒;(3)-3/2秒。