一种探测气体放电过程的装置如图甲所示，充满氖气（Ne）的电…——2021 高考物理第 22 题答案解析

【答案】（1） $Q = 0 . 5 \mathrm { C }$ ；② $\Phi = 6 . 2 8 \times 1 0 ^ { - 8 } \mathrm { W b }$ ；（3）见解析；（4）见解析

【解析】

【分析】

【详解】①由电量和电流的关系 $q = I t$ 可知I t- 图像下方的面积表示电荷量，因此有

$$ Q = \overline { { I } } _ { 1 } \Delta t _ { 1 } + I _ { 2 } \Delta r _ { 2 } + \overline { { I } } _ { 3 } \Delta t _ { 3 } $$

代入数据解得

$$ Q = 0 . 5 \mathrm { C } $$

> ②由磁通量的定义可得

$$ \Phi = B S = \frac { k I } { r } \times \pi a ^ { 2 } $$

代入数据可得

$$ \Phi = 6 . 2 8 \times 1 0 ^ { - 8 } \mathrm { W b } $$

（3）在 $0 \sim 1 . 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { s }$ 时间内电流均匀增加，有楞次定律可知感应电流的方向 $c \to R \to d$ ，产生恒定的感应电动势

$$ \boldsymbol { E } = N \frac { \Delta \Phi } { \Delta t } = \frac { N k \pi a ^ { 2 } } { r } \times \frac { \Delta I } { \Delta t } $$

由闭合回路欧姆定律可得

$$ i _ { \scriptscriptstyle R } = \frac { E } { R + R _ { 0 } } $$

代入数据解得

$$ i _ { { R } } = 3 . 1 4 \times 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { A } $$

在 1. $. 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { s } \sim 5 . 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { s }$ 电流恒定，穿过圆形螺旋管的磁场恒定，因此感应电动势为零，感应电流为零，而在 $5 . 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { s } \sim 6 . 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { s }$ 时间内电流随时间均匀变化，斜率大小和 $0 \sim 1 . 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { s }$ 大小相同，因此电流大小相同，由楞次定律可知感应电流的方向为 $d R c$ ，则图像如图所示

（4）考虑自感的情况下，线框会产生自感电动势阻碍电流的增加，因此电流是缓慢增加的，过一段时间电路达到稳定后自感消失，电流的峰值和之前大小相同，在 $1 . 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { s } \sim 5 . 0 { \times } 1 0 ^ { - 3 } \mathrm { s }$ 时间内电路中的磁通量不变化电流要减小为零，因此自感电动势会阻碍电流的减小，使得电流缓慢减小为零，电流图像如图