3.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验,下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是( )
A.线圈接在了直流电源上
B.电源电压过高
C.所选线圈的匝数过多
D.所用套环的材料与老师的不同
解析当闭合S瞬间,线圈L内产生的磁场B及磁通量的变化率 随电压及线圈匝数增加而增大,如果套环是金属材料又闭合,由楞次定律可知,环内会产生感应电流I及磁场B',环会受到向上的安培力F,当F>mg时,环跳起, 越大,环电阻越小,F越大。如果环越轻,跳起效果越好,所以选项B、C错误;如果套环换用电阻大、密度大的材料,I减小、F减小,mg增大,套环可能无法跳起,选项D正确;如果使用交变电流,S闭合后,套环受到的安培力大小及方向(上下)周期性变化,S闭合瞬间,F大小、方向都不确定,直流电效果会更好,选项A错误。
答案D
