- 电磁感应
- 共4515题
如图所示,正方形单匝均匀线框abcd,边长L=0.4m,每边电阻相等,总电阻R=0.5Ω. 一根足够长的绝缘轻质细线跨过两个轻质光滑定滑轮,一端连接正方形线框,另一端连接 绝缘物体P,物体P放在一个光滑的足够长的固定斜面上,斜面倾角θ=30°,斜面上方的 细线与斜面平行.在正方形线框正下方有一有界的勻强磁场,上边界I和下边界II都水平,两边界之间距离也是L=0.4m.磁场方向水平,垂直纸面向里,磁感应强度大小B=0.5T. 现让正方形线框的cd边距上边界I的正上方高度h=0.9m的位置由静止释放,且线框在 运动过程中始终与磁场垂直,cd边始终保持水平,物体P始终在斜面上运动,线框刚好能 以v=3m/s的速度进入勻强磁场并匀速通过匀强磁场区域.释放前细线绷紧,重力加速度 g=10m/s2,不计空气阻力.
(1)线框的cd边在匀强磁场中运动的过程中,c、d间的电压是多大?
(2)线框的质量m1和物体P的质量m2分别是多大?
(3)在cd边刚进入磁场时,给线框施加一个竖直向下的拉力F使线框以进入磁场前 的加速度匀加速通过磁场区域,在此过程中,力F做功w=0.23J,求正方形线框cd边产生的焦耳热是多少?
正确答案
解:(1)正方形线框匀速通过匀强磁场区域的过程中,设cd边上的感应电动势为E,线框中的电流强度为I,c、d间的电压为Ucd,则
E=BLv
由欧姆定律,得
解得Ucd=0.45V
(2)正方形线框匀速通过磁场区域的过程中,设受到的安培力为F,细线上的张力为T,则
F=BIL
T=m2gsinθ
m1g=T+F
正方形线框在进入磁场之前的运动过程中,根据能量守恒,则
解得m1=0.032kg,m2=0.016kg
(3)因为线框在磁场中运动的加速度与进入前的加速度相同(只受重力),所以在通过磁场区域的过程中,线框和物体P的总机械能保持不变,故力F做功W等于整个线框中产生的焦耳热Q,即
W=Q
设线框cd边产生的焦耳热为Qcd,根据Q=I2Rt得
解得Qcd=0.0575J
答:(1)线框的cd边在匀强磁场中运动的过程中,c、d间的电压是0.45V
(2)线框的质量m1和物体P的质量m2分别是m1=0.032kg,m2=0.016kg
(3)正方形线框cd边产生的焦耳热是0.0575J
解析
解:(1)正方形线框匀速通过匀强磁场区域的过程中,设cd边上的感应电动势为E,线框中的电流强度为I,c、d间的电压为Ucd,则
E=BLv
由欧姆定律,得
解得Ucd=0.45V
(2)正方形线框匀速通过磁场区域的过程中,设受到的安培力为F,细线上的张力为T,则
F=BIL
T=m2gsinθ
m1g=T+F
正方形线框在进入磁场之前的运动过程中,根据能量守恒,则
解得m1=0.032kg,m2=0.016kg
(3)因为线框在磁场中运动的加速度与进入前的加速度相同(只受重力),所以在通过磁场区域的过程中,线框和物体P的总机械能保持不变,故力F做功W等于整个线框中产生的焦耳热Q,即
W=Q
设线框cd边产生的焦耳热为Qcd,根据Q=I2Rt得
解得Qcd=0.0575J
答:(1)线框的cd边在匀强磁场中运动的过程中,c、d间的电压是0.45V
(2)线框的质量m1和物体P的质量m2分别是m1=0.032kg,m2=0.016kg
(3)正方形线框cd边产生的焦耳热是0.0575J
如图所示,间距为L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置,导轨左端用一阻值为R的电阻连接,导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒,金属棒与导轨接触良好.整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中.现使金属棒以初速度v沿导轨向右运动,若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:金属棒在整个运动过程中,受到竖直向下的重力,竖直向上的支持力,这两个力合力为零,受到水平向左的安培力,金属棒受到的合力为安培力;
A、金属棒受到的安培力F=BIL=BL=BL
=
,金属棒受到安培力作用而做减速运动,速度v不断减小,安培力不断减小,加速度不断减小,故金属棒做加速度逐渐减小的变减速运动,故A错误;
B、整个过程中由动能定理可得:-W安=0-mv2,金属棒克服安培力做功为W安=
mv2,故B正确;
C、整个过程中感应电荷量q=I△t=△t,又E=
=
,
联立得 q=
故金属棒的位移s=,故C正确;
D、克服安培力做功把金属棒的动能转化为焦耳热,由于金属棒电阻与电阻串联在电路中,且阻值相等,则电阻R上产生的焦耳热Q=W安=
mv2,故D错误;
故选BC.
如图甲所示,一正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内,线框平面与磁场垂直,线框的右边紧贴着磁场边界.t=0时刻对线框施加一水平向右的外力F,让线框从静止开始做匀加速直线运动穿过磁场.外力F随时间t变化的规律如图乙所示,已知线框质量m=1kg、电阻R=1Ω.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、t=0时刻,线框的速度为零,线框没有感应电流,不受安培力,加速度为:a==
=1m/s2,故A错误;
B、线框的边长为:L=at2=
×1×12=0.5m,故B错误;
C、线框刚出磁场时的速度为 v=at=1×1m/s=1m/s,此时线框所受的安培力为FA=BIL,I=,则得 FA=
,根据牛顿第二定律得 F-FA=ma,
代入得 F-=ma,代入数据 F=3N,m=1kg,R=1Ω,L=0.5m,v=1m/s,a=1m/s2解得,B=2
T,故C正确;
D、电荷量:q=△t,电流:
=
,由法拉第电磁感应定律得:
=
,则得通过线框的电量:q=
=
=
=
C,故D正确.
故选:CD.
如图所示,电阻忽略不计的两根两平行光滑金属导轨竖直放置,其上端接一阻值为3Ω的电阻R.在水平虚线L1、L2间有一与导轨所在平面垂直的匀强磁场B,磁场区域的高度为d=0.5m.导体棒a的质量ma=0.2kg、电阻Ra=3Ω;导体棒b的质量mb=0.1kg、电阻Rb=6Ω,它们分别从图中M、N处同时由静止开始沿导轨向下滑动,且都能匀速穿过磁场区域,当b 刚穿出磁场时a正好进入磁场.(不计a、b之间的作用)求:
(1)在整个过程中,a棒和b棒分别克服安培力做了多少功?
(2)在b穿过磁场区域过程中,电阻R产生的电热;
(3)M点和N点距L1的高度分别为多少?
正确答案
解:(1)因为两金属棒都是匀速穿过磁场的,所以安培力与重力等大,克服安培力做功分别为:Wa=magd=0.2×10×0.5J=1J
Wb=mbgd=0.1×10×0.5J=0.5J
(2)设b切割磁感线时,其上电流为I,则电阻R和a棒上电流均为I,根据焦耳定律:Q=I2Rt得:
由(1)知b棒穿过磁场过程产生的总电热为Q=0.5J
所以:
(3)b在磁场中匀速运动时:速度为υb,总电阻R1=7.5Ω.
b中的电流①
由以上各式得:②
a在磁场中匀速运动时:速度为va,总电阻R2=5Ω.
对a棒同理有:③
由②③式得,④
又:υa=υb+gt⑤d=υbt⑥
由④⑤⑥得:,
所以:
答:(1)在整个过程中,a棒和b棒分别克服安培力做功1J和0.5J.
(2)在b穿过磁场区域过程中,电阻R产生的电热是0.05J;
(3)M点和N点距L1的高度分别为1.33J和0.75J.
解析
解:(1)因为两金属棒都是匀速穿过磁场的,所以安培力与重力等大,克服安培力做功分别为:Wa=magd=0.2×10×0.5J=1J
Wb=mbgd=0.1×10×0.5J=0.5J
(2)设b切割磁感线时,其上电流为I,则电阻R和a棒上电流均为I,根据焦耳定律:Q=I2Rt得:
由(1)知b棒穿过磁场过程产生的总电热为Q=0.5J
所以:
(3)b在磁场中匀速运动时:速度为υb,总电阻R1=7.5Ω.
b中的电流①
由以上各式得:②
a在磁场中匀速运动时:速度为va,总电阻R2=5Ω.
对a棒同理有:③
由②③式得,④
又:υa=υb+gt⑤d=υbt⑥
由④⑤⑥得:,
所以:
答:(1)在整个过程中,a棒和b棒分别克服安培力做功1J和0.5J.
(2)在b穿过磁场区域过程中,电阻R产生的电热是0.05J;
(3)M点和N点距L1的高度分别为1.33J和0.75J.
如图所示,平行金属导轨间距为d,一端跨接电阻为R,匀强磁场磁感强度为B,方向垂直平行导轨平面,一根长金属棒与导轨成θ角放置,棒与导轨的电阻不计,当棒沿垂直棒的方向以恒定速度v在导轨上滑行时,通过电阻的电流是( )
正确答案
解析
解:ab棒有效的切割长度为:L=
产生的感应电动势为:E=BLv=Bv,
通过R的电流为:I==
.
故选:A.
如图所示,水平光滑的平行金属导轨,左端接有电阻R,匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内,质量一定的金属棒PQ垂直导轨放置.今使棒以一定的初速度v0向右运动,当其通过位置a、b时,速率分别为va、vb,到位置c时棒刚好静止,设导轨与棒的电阻均不计,a到b与b到c的间距相等,则金属棒在由a到b和由b到c的两个过程中( )
正确答案
解析
解:A、C、金属棒受到的安培力大小为:FA=BIL=BL=
,方向水平向左.金属棒在安培力作用下做减速运动,速度v越来越小,导体棒克服安培力做功,把金属棒的动能转化为内能,由于ab间距离与bc间距离相等,安培力FA逐渐减小,由W=Fs定性分析可知,从a到b克服安培力做的功比从b到c克服安培力做的功多,因此在a到b的过程产生的内能多,故A正确,C错误;
B、金属棒PQ在运动过程中所受到的合力是安培力,由牛顿第二定律得:FA==ma,由于v减小,所以金属棒向右运动过程中,加速度逐渐减小,故B错误;
D、金属棒运动过程中,电路产生的感应电荷量Q=I△t=△t=
=
=
,从a到b的过程中与从b到c的过程中,回路面积的变化量△S相等,B、R相等,因此,通过棒横截面积的电荷量相等,故D正确;
故选:AD
足够长的粗糙U形金属导轨与水平面成θ角,宽度为L,电阻不计.匀强磁场磁感应强度大小为B,方向垂直于导轨平面向上,如图所示.质量为m、电阻为R的金属棒ab从导轨上的某点以初速度v0冲上金属导轨,从冲上导轨到停止运动的过程中,根据题中给定条件可求得的物理量是( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理得:-fs+W安=0-.可知,由于摩擦力的大小和位移未知,不能求出摩擦力做的功,则不能求出安培力做功.故A错误.
B、根据动能定理得:W合=0-=-
.m和v0都已知,所以能求出ab棒所受的合外力做的功,故B正确.
C、由E=BLv0,I=,F安=BIL可得:刚冲上导轨的瞬间金属棒所受安培力大小 F安=
,故C正确.
D、流过ab棒的电量q==
,由于位移s未知,也不能求出,所以不能求出电量.故D错误.
故选:BC.
如图所示,固定水平桌面上的金属框架abcd,处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN搁在框架上,可无摩擦滑动,此时abcd构成一个边长为L的正方形,棒的电阻为r,其余部分电阻不计,开始时磁感强度为B0.
(1)若从t=0时刻起,磁感强度逐渐减小,当棒以恒定速度v向右作匀速运动时,可使棒中不产生感应电流,则磁感强度应怎样随时间变化(写出B与t的关系式)?
(2)若从t=0时刻起,磁感强度均匀增加,每秒增量为k,同时保持棒静止,求棒中的感应电流和方向.
正确答案
解:(1)要使棒不产生感应电流,穿过回路的磁通量应保持不变,则有:
B0L2=BL(L+vt)
解之得:B=.
(2)由法拉第电磁感应定律得:
回路中产生的感应电动势 E=L2=kL2
感应电流大小 I==
根据楞次定律判断知,棒中感应电流方向由N→M.
答:
(1)磁感应强度B与t的关系式为B=.
(2)棒中的感应电流大小为,方向由N→M.
解析
解:(1)要使棒不产生感应电流,穿过回路的磁通量应保持不变,则有:
B0L2=BL(L+vt)
解之得:B=.
(2)由法拉第电磁感应定律得:
回路中产生的感应电动势 E=L2=kL2
感应电流大小 I==
根据楞次定律判断知,棒中感应电流方向由N→M.
答:
(1)磁感应强度B与t的关系式为B=.
(2)棒中的感应电流大小为,方向由N→M.
如图所示,间距为l=0.5m的光滑平行金属导轨,水平地放置在竖直方向的磁感应强度为B=0.1T的匀强磁场中,与一个理想变压器原线圈相连接,副线圈接一阻值为R=2Ω的电阻,已知变压器原副线圈的匝数比n1:n2=10:1.一质量为m=0.1kg的导体棒放置在导轨上,在外力作用下从t=0时刻开始运动,其速度随时间的变化规律v=20
sin(10πt)m/s,不计导轨和导体棒的电阻.求:
(1)导体棒的两端电压瞬时值u的表达式
(2)t=0.1s时图中理想交流电流表的示数
(3)从t=0到0.2s时间内电阻R产生的热量.
正确答案
解:(1)导体棒产生的电动势:V
则V
(2)变压器原线圈的电压的有效值为V
根据变压器变压原理得,U2=0.1V
t=0.1s时交流电流表的示数为有效值A
(3)在t=0到0.2s时间内电阻R产生的热量
答:(1)导体棒的两端电压瞬时值u的表达式;
(2)t=0.1s时图中理想交流电流表的示数是0.05A;
(3)从t=0到0.2s时间内电阻R产生的热量1×10-3J.
解析
解:(1)导体棒产生的电动势:V
则V
(2)变压器原线圈的电压的有效值为V
根据变压器变压原理得,U2=0.1V
t=0.1s时交流电流表的示数为有效值A
(3)在t=0到0.2s时间内电阻R产生的热量
答:(1)导体棒的两端电压瞬时值u的表达式;
(2)t=0.1s时图中理想交流电流表的示数是0.05A;
(3)从t=0到0.2s时间内电阻R产生的热量1×10-3J.
图所示,水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻可忽略不计,在M和P之间接有阻值为R的定值电阻.导体棒ab长l=0.5m,其电阻为r,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.4T.现使ab以v=10m/s的速度向右做匀速运动.
(1)ab中的感应电动势为多少
(2)ab中电流的方向
(3)若定值电阻R=3.0Ω,导体棒的电阻r=1.0Ω,则电路中的电流为多少,ab两端的电压是多少.
正确答案
解:(1)ab棒切割产生的感应电动势:E=BLv=0.4×0.5×10V=2V.
(2)根据右手定则得,ab棒中的电流方向从b到a.
(3)根据闭合电路欧姆定律,I=.
ab两端的电压:U=IR=1.5V.
答:(1)ab中的感应电动势为2V.
(2)ab棒中的电流方向从b到a.
(3)电路中的电流为0.5A,ab两端的电压为1.5V.
解析
解:(1)ab棒切割产生的感应电动势:E=BLv=0.4×0.5×10V=2V.
(2)根据右手定则得,ab棒中的电流方向从b到a.
(3)根据闭合电路欧姆定律,I=.
ab两端的电压:U=IR=1.5V.
答:(1)ab中的感应电动势为2V.
(2)ab棒中的电流方向从b到a.
(3)电路中的电流为0.5A,ab两端的电压为1.5V.
(2015•嘉兴二模)如图所示是航母上的舰载机通过电磁弹射起飞的示意图.其原理可简化成图乙所示情景:水平面内由平行长直金属导轨组成的区域内.等间距分布着竖直向下和竖直向上的磁场.磁感应强度均为B,航母甲板下方的电磁弹射车可简化为一个矩形金属框.其长边等于导轨间距L,短边等于毎个磁场的宽度.电阳为R,当磁场向右运动时,金属框在电磁力的作用下也向右运动,从而带动航母甲板上方的舰载机向前运动.舰载机与电磁弹射车组成的弹射系统总质量为m、运动时所受阻力大小恒为F,除金属框外的电阻不计.
(1)当弹射系统在轨道上匀速运动时,求金属框内的电流大小和磁场相对金属框速度大小;
(2)若t=0时,磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动,经一定时间后,金属框也开始做匀加速直线运动,其速度与时间关系如图所示.已知t时刻金属框速度为Vt,求磁场的加速度大小.
正确答案
解:(1)设金属框内电流大小为I,磁场相对金属框的速度大小为v相
线框左、右两边受到的安培力均为:FA=ILB
系统匀速运动,则:2FA=F
解得:I=
又由欧姆定律得:E=IR
由E=n得:E=
=2BLv相
解得:v相=
(2)设相对速度大小为v相′
取金属框为研究对象,由牛顿第二定律得:-F=ma
框要做匀加速运动(a不变),则必有v相′一定,即磁场与金属框加速度相等,结合图象可得:v相′=at-vt
解得:磁场加速度大小为:a=
答:(1)金属框内的电流大小为,磁场相对金属框速度大小为
;
(2)磁场加速度大小为.
解析
解:(1)设金属框内电流大小为I,磁场相对金属框的速度大小为v相
线框左、右两边受到的安培力均为:FA=ILB
系统匀速运动,则:2FA=F
解得:I=
又由欧姆定律得:E=IR
由E=n得:E=
=2BLv相
解得:v相=
(2)设相对速度大小为v相′
取金属框为研究对象,由牛顿第二定律得:-F=ma
框要做匀加速运动(a不变),则必有v相′一定,即磁场与金属框加速度相等,结合图象可得:v相′=at-vt
解得:磁场加速度大小为:a=
答:(1)金属框内的电流大小为,磁场相对金属框速度大小为
;
(2)磁场加速度大小为.
如图甲所示,两个宽度均为L且足够长的匀强磁场,磁感应强度均为B,方向均垂直于纸面向里,两磁场间距也为L,一阻值为R的矩形线框abcd,ab边长2L,bc边长L,从图示位置开始,沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域,取逆时针方向为感应电流正方向,则图乙中表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图象正确的是( )
正确答案
解析
解:线圈进入磁场,x在0-L的过程中,E=BLv,感应电流大小 i=,根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向,为正.
x在L-2L的过程中,穿过线框的磁通量不变,没有感应电流产生.
x在2L-3L的过程中,bc和ad两边都切割磁感线,产生的感应电动势大小相等,方向相反,相互抵消,则线框内总的感应电动势为0,感应电流大小为0;
x在3L-4L的过程中,穿过线框的磁通量不变,没有感应电流产生.
x在4L-5L的过程中,感应电动势 E=BLv,感应电流大小 i=,根据楞次定律可知感应电流的方向为顺时针方向,为负.故D正确.
故选:D.
如图所示,在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,有一水平放置的U形导轨,导轨左端连接一阻值为R的电阻,导轨电阻不计.导轨间距离为L,在导轨上垂直放置一根金属棒MN,与导轨接触良好,电阻为r,用外力拉着金属棒向右以速度v做匀速运动.则金属棒运动过程中( )
正确答案
解析
解:A、由右手定则判断得知金属棒MN中的电流方向为由N到M,故A正确;
B、MN产生的感应电动势为 E=BLv,回路中的感应电流大小为 I==
,
则电阻R两端的电压为U=IR=,故B错误;
C、金属棒MN受到的安培力大小为 F=BIL=,故C正确;
D、电阻R产生焦耳热的功率为 P=I2R=()2R=
,故D错误.
故选:AC.
如图所示,倾角θ为30°的光滑斜面上,有一垂直于斜面向下的有界匀强磁场区域PQNM,磁场区域宽度L=0.1m.将一匝数n=10匝、质量m=0.02kg、边长L=0.1m、总电阻R=0.4Ω的正方形闭合线圈abcd由静止释放,释放时ab边水平,且到磁场上边界PQ的距离也为L,当ab边刚进入磁场时,线圈恰好匀速运动.(g=10m/s2).求:
(1)ab边刚进入磁场时,线圈所受安培力的大小及方向;
(2)ab边刚进入磁场时,线圈的速度及磁场磁感应强度B的大小;
(3)线圈穿过磁场过程产生的热量.
正确答案
解:(1)ab边刚进入磁场时线框做匀速运动,对线圈受力分析,如图所示,可知:
线圈所受安培力的大小 F安=mgsinθ=0.1N
方向沿斜面向上.
(2)线框进入磁场前沿斜面向下做匀加速直线运动,设ab边刚进磁场时的速度为v,则由机械能守恒定律得:
v2=mgL•sin30°
得:v=1m/s
线框切割磁感线产生的感应电动势 E=nBLv
线框中的感应电流 I=
底边所受的安培力 F安=nBIL
由以上各式解得:B=0.2T
(3)分析可知线圈穿过磁场的过程中一直匀速运动,由能量守恒可得:
Q=2mgL•sin30°=0.01J
答:
(1)ab边刚进入磁场时,线圈所受安培力的大小为0.1N,方向沿斜面向上.
(2)ab边刚进入磁场时,线圈的速度及磁场磁感应强度B的大小是0.2T;
(3)线圈穿过磁场过程产生的热量是0.01J.
解析
解:(1)ab边刚进入磁场时线框做匀速运动,对线圈受力分析,如图所示,可知:
线圈所受安培力的大小 F安=mgsinθ=0.1N
方向沿斜面向上.
(2)线框进入磁场前沿斜面向下做匀加速直线运动,设ab边刚进磁场时的速度为v,则由机械能守恒定律得:
v2=mgL•sin30°
得:v=1m/s
线框切割磁感线产生的感应电动势 E=nBLv
线框中的感应电流 I=
底边所受的安培力 F安=nBIL
由以上各式解得:B=0.2T
(3)分析可知线圈穿过磁场的过程中一直匀速运动,由能量守恒可得:
Q=2mgL•sin30°=0.01J
答:
(1)ab边刚进入磁场时,线圈所受安培力的大小为0.1N,方向沿斜面向上.
(2)ab边刚进入磁场时,线圈的速度及磁场磁感应强度B的大小是0.2T;
(3)线圈穿过磁场过程产生的热量是0.01J.
如图所示,空间存在垂直纸面向里的高度为a有界匀强磁场,磁场边界水平,磁感应强度大小为B.一个边长为2a、质量为m的正方形线框ABCD,AB边电阻为R1,CD边电阻为R2,其他两边电阻不计,从距离磁场上边界某一高度处自由下落,AB边恰能匀速通过磁场,重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、AB匀速运动时线圈产生的感应电动势:E=B•2av=2Bav,
感应电流大小为:I=
所受的安培力大小为:F=BI•2a=
根据平衡条件得:mg=F,
联立解得:v=.I=
,故A正确.
B、线框匀速运动时,AB边消耗的电功率为:P=I2R1=.故B正确.
C、从进入磁场到刚达平衡态时,线圈的磁通量先增大后减小,根据楞次定律判断得知感应电流方向先沿逆时针方向,后磁通量减小,则感应电流方向沿顺时针方向.故D错误.
D、从开始到刚至平衡态的过程中,通过线框横截面的电荷量为:q==
=
,故D错误.
故选:AB
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