- 电磁感应
- 共4515题
如图所示,先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界匀强磁场区域,v1=2v2在先后两种情况下( )
正确答案
解析
解:AB、由于v1=2v2,根据E=BLv,知感应电动势之比2:1.感应电流I=,则感应电流之比为I1:I2=2:1.故A正确,B错误.
C、由t=,知时间比为1:2,根据Q=I2Rt,知焦耳热之比为2:1.故C错误.
D、根据q=It=,知通过某截面的电荷量之比为1:1.故D正确.
故选:AD.
(2015秋•昆明校级期末)如图所示,相距为d的两条水平虚线之间是方向水平向里的匀强磁场,磁感应强度为B,正方形线圈abcd边长为L(L<d),质量为m、电阻为R,将线圈在磁场上方h高处由静止释放,cd边刚进入磁场时速度为v0,cd边刚离开磁场时速度也为v0,则线圈穿过磁场的过程中(从cd边刚进入磁场起一直到ab边离开磁场为止)( )
正确答案
解析
解:
A、B、根据能量守恒,研究从cd边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的过程:动能变化量为0,重力势能转化为线框进入磁场的过程中产生的热量,Q=mgd.
cd边刚进入磁场时速度为v0,cd边刚离开磁场时速度也为v0,所以从cd边刚穿出磁场到ab边离开磁场的过程,线框产生的热量与从cd边刚进入磁场到ab边刚进入磁场的过程产生的热量相等,所以线圈从cd边进入磁场到ab边离开磁场的过程,产生的热量Q′=2mgd,感应电流做的功为2mgd.故AB错误.
C、因为进磁场时要减速,线圈全部进入磁场后做匀加速运动,则知线圈刚全部进入磁场的瞬间速度最小.设线圈的最小速度为vm.
线圈从开始下落到线圈刚完全进入磁场的过程,根据能量守恒定律得:mg(h+L)=Q+mv
由上可知,Q=mgd
解得线圈的最小速度为:vm=.故C错误.
D、线框可能先做减速运动,在完全进入磁场前已做匀速运动,刚完全进入磁场时的速度最小,则 mg=BIL=BL,则最小速度 v=
.故D正确.
故选:D
如图,MNPQ是一个足够长的处于竖直平面内固定的金属框架,框架的宽度为L,电阻忽略不计.ab是一根质量为m,电阻为R的导体棒,能紧贴框架无摩擦下滑,整个框架处于垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中.导体棒ab由静止开始下落至达到最大速度所用时间为t,下落高度为h.g为重力加速度.则在下落过程中导体棒ab( )
正确答案
解析
解:A、当a=0时速度最大;此时F安=mg;Vmax=,故A错误;
B、对导体棒受力分析可知,导体棒受重力和安培力的作用;由牛顿第二定律可得:mg-F安=ma,当F安=0时,加速度最大,amax=g;故B正确;
C、D作出ab运动过程的υ-t图线:
ab初始加速度为g,即图线在原点的切线斜率为g.运动过程下落距离h即为图线曲线部分所包的“面积”,它介于图示“梯形面积”和“三角形面积”之间.有图形面积之间的关系可得:hh>,解得:
,故C正确;
有图象可知,物体一直做加速度为g的匀加速运动的时间为,小于图象中的时间t,故D项错误;
故选:BC
如图所示,一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路.虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场.方向垂直于回路所在的平面.回路以速度v向右匀速进入磁场,直径CD始终与MN垂直.从D点到达边界开始到C点进入磁场为止,下列结论正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据楞次定律,知半圆形闭合回路在进入磁场的过程中,感应电流的方向为逆时针方向,方向不变.故A错误.
B、根据左手定则,CD段所受的安培力方向竖直向下.故B错误.
C、切割的有效长度的最大值为a,则感应电动势的最大值E=Bav.故C正确.
D、根据法拉第电磁感应定律得,.故D正确.
故选CD.
如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B.将长为L、质量为m的导体棒由静止释放,当导体棒下滑距离L时达最大速度v(v为未知量),导体棒始终与导轨垂直且接触良好,导体棒的电阻为2R,不计导轨的电阻,重力加速度为g,求:
(1)速度v的大小
(2)当导体棒速度达到时加速度大小
(3)导体棒从释放到下滑距离L过程流过导体棒的电荷量q
(4)导体棒从释放到下滑距离2L的过程中电阻上产生的热量Q是多少.
正确答案
解:(1)当导体棒匀速运动时速度达到最大,此时导体棒受力平衡,则有:mgsinθ=BIL
又 I=
联立得 mgsinθ=,得 v=
.
(2)当导体棒速度达到时导体棒受到的安培力 F=
=
mgsinθ
根据牛顿第二定律得 mgsinθ-F=ma
解得 a=gsinθ
(3)导体棒从释放到下滑距离L过程流过导体棒的电荷量 q=t=
=
=
(4)导体棒从释放到下滑距离2L的过程中,回路中产生的总热量 Q总=mg•2Lsinθ-
电阻上产生的热量 Q=Q热;
解得 Q=mgLsinθ-
.
答:
(1)速度v的大小为.
(2)当导体棒速度达到时加速度大小为
gsinθ.
(3)导体棒从释放到下滑距离L过程流过导体棒的电荷量q为.
(4)导体棒从释放到下滑距离2L的过程中电阻上产生的热量Q是mgLsinθ-
.
解析
解:(1)当导体棒匀速运动时速度达到最大,此时导体棒受力平衡,则有:mgsinθ=BIL
又 I=
联立得 mgsinθ=,得 v=
.
(2)当导体棒速度达到时导体棒受到的安培力 F=
=
mgsinθ
根据牛顿第二定律得 mgsinθ-F=ma
解得 a=gsinθ
(3)导体棒从释放到下滑距离L过程流过导体棒的电荷量 q=t=
=
=
(4)导体棒从释放到下滑距离2L的过程中,回路中产生的总热量 Q总=mg•2Lsinθ-
电阻上产生的热量 Q=Q热;
解得 Q=mgLsinθ-
.
答:
(1)速度v的大小为.
(2)当导体棒速度达到时加速度大小为
gsinθ.
(3)导体棒从释放到下滑距离L过程流过导体棒的电荷量q为.
(4)导体棒从释放到下滑距离2L的过程中电阻上产生的热量Q是mgLsinθ-
.
如图所示,一导线弯成边长为a的等边三角形闭合回路.虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于回路所在的平面.回路以速度v向右匀速进入磁场,AC边始终与MN垂直.从C点到达边界开始到A点进入磁场为止,下列结论正确的是( )
正确答案
解析
解:A、在闭合电路进入磁场的过程中,通过闭合电路的磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变,故A错误.
B、在闭合电路进入磁场的过程中,AC中感应电流通过,而AC与磁场垂直,则知AC段导线始终受到安培力.故B错误.
C、当三角形闭合回路进入磁场一半时,即这时等效长度最大为a,这时感应电动势最大E=
Bav,故C正确.
D、由法拉第电磁感应定律可得感应电动势平均值=
=
=
Bav,故D正确.
故选CD.
如图所示,强度相等的匀强磁场分布在直角坐标系的四个象限里,有一闭合扇形线框OMN,以角速度ω绕O点在Oxy平面内匀速转动,在它旋转一圈的过程中(从图示位置开始计时),它的感应电动势与时间的关系图象是下图中的哪一个( )
正确答案
解析
解:导体棒以O点为轴转动产生的电动势:,
如果顺时针转动OM棒产生的电动势的方向是M→O,ON棒产生的电动势的方向是O→N,因两电动势串联E=Bwl2
转动时间内不变,
当OM棒转到开始进入第三象限时,OM、ON棒产生的电动势方向变成O→M,N→O,大小不变方向改变,
所以E=Bwl2方向变为反向,以此类推,故A正确,BCD错误.
故选A.
如图所示,正方形金属线圈abcd平放在粗糙水平传送带上,被电动机带动一起以初速度v匀速运动,线圈边长为L,电阻为R,质量为m,有一边界长度为2L的正方形磁场垂直于传送带,磁感应强度为B,线圈穿过磁场区域的过程中速度不变,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、线框向右运动,出向上的磁场的过程中,ad边切割磁感线,由右手定则可知,感应电流的方向为abcd方向.故A正确;
B、线框向右运动,进入向上的磁场的过程中,bc边切割磁感线,由右手定则可知,感应电流的方向为dcbad方向,由左手定则可知,bc边受到的安培力的方向向左,由于线框做匀速直线运动,所以受到的摩擦力的方向一定向右;
线框向右运动,出向上的磁场的过程中,感应电流的方向为abcd方向,由左手定则可知,ad边受到的安培力的方向向左,由于线框做匀速直线运动,所以受到的摩擦力的方向一定向右;故B错误;
C、由于磁场的宽度大于线框的宽度,所以当线框全部在磁场中运动的过程中,线框的磁通量不变,没有感应电流,线框不受安培力的作用,水平方向也没有摩擦力的作用.故C错误;
D、线框进入磁场和出磁场的过程中产生的电动势是相等的,都是:E=BLv,回路中的电流:,受到的安培力:F=BIL,进入磁场的时间与出磁场的时间也相等,都是:
,所以克服安培力做的功:W=
.故D正确.
故选:AD
一名同学想测量U形磁铁中N、S极之间的磁感应强度的大小,实验中假设该磁场为匀强磁场,方案设计如下:
将两条间距为d、电阻可忽略不计的长直金属导轨固定在倾斜的木板上,在导轨一端用导线接入一定值电阻R,将一横截面为方形的长度略大于d的金属细杆与纸带相连,垂直放在导轨上,金属细杆质量为m,电阻为r;纸带另一端穿过打点计时器,导轨中间有几个完全相同的紧挨在一起的U形磁铁(未在图1画出),形成可认为仅分布在MN和PQ之间的匀强磁场,磁场方向垂直导轨平面斜向上,装置如图1所示.
接通打点计时器的电源,然后由静止释放金属细杆,金属细杆带动纸带沿导轨下滑,打点计时器电源频率为50Hz,在纸带上打下一系列的点,如图2纸带上A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K是计数点,每相邻两计数点间还有4个点没有标出,其中纸带上AB=1.81cm、BC=4.80cm、CD=7.80cm、DE=10.81cm、EF=13.06cm、FG=13.81cm、GH=13.80cm、HI=13.80cm、IJ=14.56cm、JK=17.55cm.
(1)分析纸带可推知,金属杆在沿导轨下滑的过程中,未进入磁场前做______运动,加速度大小为a=______m/s2,经过磁场时做______运动,速度大小为v=______m/s.(计算结果均保留两位有效数字)
(2)若金属杆进入磁场前的加速度为a,在磁场中运动的速度为v,则实验测得U形磁铁中N、S极之间的磁感应强度B的表达式为______(用题中所给字母表示).
正确答案
解:(1)由纸带上数据:AB=1.81cm、BC=4.80cm、CD=7.80cm、DE=10.81cm,可得△x≈3.00cm,故未进入磁场前做匀加速直线运动运动.打点计时器电源频率为50Hz,打点周期为:t=0.02s,每相邻两计数点间还有4个点没有标出,则两点之间的时间为T=5t=0.1s故加速度大小为:a==
=3m/s2;由FG=13.81cm、GH=13.80cm、HI=13.80cm判断经过磁场时的运动性质为匀速直线运动,速度大小为v=
(2)在金属棒未入磁场前,设斜面倾角为θ,摩擦阻力为f,有:mgsinθ-f=ma
金属棒入磁场后,匀速运动,安培力为:F=BId=Bd=
由平衡条件得:mgsinθ-f-F=0
联立解得:B=
故答案为:(1)匀加速直线;3.0;匀速直线;1.4
(2)
解析
解:(1)由纸带上数据:AB=1.81cm、BC=4.80cm、CD=7.80cm、DE=10.81cm,可得△x≈3.00cm,故未进入磁场前做匀加速直线运动运动.打点计时器电源频率为50Hz,打点周期为:t=0.02s,每相邻两计数点间还有4个点没有标出,则两点之间的时间为T=5t=0.1s故加速度大小为:a==
=3m/s2;由FG=13.81cm、GH=13.80cm、HI=13.80cm判断经过磁场时的运动性质为匀速直线运动,速度大小为v=
(2)在金属棒未入磁场前,设斜面倾角为θ,摩擦阻力为f,有:mgsinθ-f=ma
金属棒入磁场后,匀速运动,安培力为:F=BId=Bd=
由平衡条件得:mgsinθ-f-F=0
联立解得:B=
故答案为:(1)匀加速直线;3.0;匀速直线;1.4
(2)
如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为d,将一边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域:若d>l,则在线框通过磁场区域的过程中,线框中不产生感应电流的时间应等于______;若d<l,则在线框通过磁场区域的过程中,线框中不产生感应电流的时间为______.
正确答案
解析
解:若d>l,如图所示,从线框完全进入直到右边开始离开磁场区域,线框中的磁通量就不再发生变化,故线圈中没有感应电流的距离为d-L;
因导线框做匀速运动,故不产生感应电流的时间为:t=;
若d<l,线框中磁通量变化的距离为2d,因此不产生感应电流的距离为L-d;
因导线框做匀速运动,故不产生感应电流的时间为:t′=;
故答案为:,
.
如图所示,闭合直角三角形线框,底边长为l,现将它匀速拉过宽度为d的匀强磁场(l>d).若以逆时针方向为电流的正方向,则以下四个I-t图象中正确的是( )
正确答案
解析
解:在线框向右运动距离x为0~d的范围内,穿过线框的磁通量不断增大,由楞次定律可知线框产生的感应电流沿逆时针方向,为正;有效的切割长度为L=xtanθ,线框匀速运动故x=vt,感应电流的大小为:,可知I∝t;
在线框向右运动距离x为d~l范围内,穿过线框的磁通量均匀增大,由楞次定律可知线框产生的感应电流沿逆时针方向,为正;且感应电流大小不变;
在线框向右运动距离x为l~l+d范围内,穿过线框的磁通量不断减小,由楞次定律可知线框产生的感应电流沿顺时针方向,为负,
有效的切割长度为 L=(x-l-d)tanθ,线框匀速运动故x=vt,感应电流的大小为:,故感应电流一开始不为0,之后均匀增大,D正确;
故选:D.
在水平面内的直角坐标系xOy中有一光滑金属导轨AOC,其中曲线导轨OA满足方程y=Lsin kx,长度为
的直导轨OC与x轴重合,整个导轨处于竖直向上的匀强磁场中,其俯视图如图所示.现有一长为L的金属棒从图示位置开始沿x轴正方向做匀速直线运动,已知金属棒单位长度的电阻值为R0,除金属棒的电阻外其余电阻均不计,棒与两导轨始终接触良好,则在金属棒运动的过程中( )
正确答案
解析
解:A、设从图示位置开始导体棒运动时间为t时,感应电动势瞬时值为 e=Blv=Byv=BvLsinkx,
则得 e=BvLsinkx,所以回路中的感应电动势增大,故A错误;
B、导体棒与轨道构成的闭合回路电阻:R=R0l=LR0sinkx,由欧姆定律可得,感应电流I==
=
,B、v、R0都是定值,则感应电流大小不变,故B正确;
C、消耗的电功率P==
,可知t增大,sinkvt增大,P不断增大.故C错误;
D、金属棒所受的安培力F=BIl=B××Lsinkx,所以金属棒所受的安培力增大,故D错误;
故选:B.
一个质量m=1.0×10-3kg,边长L=0.1m的正方形线圈,电阻R=1Ω,从h1=5cm的高处静止下落,然后进入一个匀强磁场,如图所示.当线圈刚进入磁场时,正好做匀速运动.如果线圈的下边通过磁场所经历的时间△t=0.2s,则磁场的磁感应强度B=______T;磁场区域的高度h2=______m (g取10m/s2)
正确答案
1
0.25
解析
解:线圈进入磁场的速度为:
进入磁场受安培力和重力平衡,有mg=BIL.I=
所以mg=.得B=1T.
进入磁场后先做匀速运动,匀速运动的时间.
所以匀加速运动的时间t2=0.2-0.1s=0.1s
匀加速运动的位移x=.
所以磁场区域的高度h2=x+L=0.25m.
故本题答案为:1,0.25.
如图所示,一磁感应强度为B的匀强磁场中有一n匝正方形线圈abcd.线圈边长l,总电阻为r,以角速度ω在磁场中绕cd边匀速转动,外电路串接电阻R组成闭合回路.则:
(1)线圈由图示位置转过角的过程中,通过R的电荷量;
(2)转动时间t0(t0>>)的过程中,R上产生的热量.
正确答案
解析
解:(1)由法拉第电磁感应定律得:
E=n=n
=
,
感应电流:I=,
电荷量:q=I△t=I,
解得:q=;
(2)感应电动势的最大值:Em=nBl2ω,
感应电动势的有效值:E=,
电流的有效值:I=,
电阻R产生的热量:Q=I2Rt0,
解得:Q=;
答:(1)线圈由图示位置转过角的过程中,通过R的电荷量为
;
(2)转动时间t0(t0>>)的过程中,R上产生的热量为
.
如图所示,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从图示位置匀速拉出匀强磁场,若第一次用0.3s时间拉出,外力做的功为W1,通过导线截面的电量为q1,第二次用0.9s时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电量为q2,则( )
正确答案
解析
解:设线框的长为L1,宽为L2,速度为v.
线框所受的安培力大小为FA=BIL2,又I=,E=BL2v,则得FA=
线框匀速运动,外力与安培力平衡,则外力的大小为F=FA=
外力做功为W=FL1=•L1=
=
可见,外力做功与所用时间成反比,则有W1>W2.
两种情况下,线框拉出磁场时穿过线框的磁通量的变化量相等,根据感应电荷量公式q=可知,通过导线截面的电量相等,即有q1=q2.
故选D
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