- 电磁感应
- 共4515题
如图所示,电阻忽略不计的两根平行的光滑金属导轨竖直放置,其上端接一阻值R=3Ω的定值电阻在水平虚线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处同时由静止开始在导轨上无摩擦向下滑动,且都能匀速穿过磁场区域,当b刚穿出磁场时a正好进人磁场.不计a、b之间的作用,整个运动过程中a、b棒始终与金属导轨接触良好,重力加速度g=10m/s2.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、a、b棒穿过磁场都做匀速运动,安培力等于重力,则有:F=mg,克服安培力做功为:W=Fd=mgd
则知a、b棒克服安培力做功之比为 Wa:Wb=ma:mb=2:1,故A错误.
B、设b棒在磁场中匀速运动的速度为v1,重力和安培力平衡,根据平衡条件,结合闭合电路欧姆定律得:=mbg,R总=Rb+
=6+
=7.5Ω
得 v1=
同理,a棒在磁场中匀速运动的速度为v2=,R总′=Ra+
=5Ω
可得a、b棒刚进人磁场时的速度之比为 v2:v1=maR′总:mbR总=4:3,故B正确.
C、对于自由落体运动,运动时间为 t=,则知a、b棒自由下落的时间之比为4:3,故C错误.
D、自由落体运动下落的高度h=,则知M、N两处距虚线L1的高度之比为 hM:hN=
:
=16:9,故D正确.
故选:BD.
如图所示,MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距为L,电阻不计.导轨所在的平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直.质量为m且电阻不计的金属杆ab始终垂直于导轨并与其保持光滑接触,导轨的上端有阻值为R的灯泡,重力加速度为g.若金属杆匀速下落时,求:
(1)通过灯泡电流I的大小和方向;
(2)灯泡的电功率P;
(3)金属杆下落的速度v的大小.
正确答案
解:(1)金属杆匀速下落时,有:mg=BIL ①
解得:
由右手定则判断知灯泡中电流方向:由P到M
(2)灯泡的电功率:P=I2R ②
解得:
(3)感应电动势:E=BLv ③
感应电流: ④
联立③④解得:
答:
(1)通过灯泡电流I的大小是,方向由P到M;
(2)灯泡的电功率P为;
(3)金属杆下落的速度v的大小是.
解析
解:(1)金属杆匀速下落时,有:mg=BIL ①
解得:
由右手定则判断知灯泡中电流方向:由P到M
(2)灯泡的电功率:P=I2R ②
解得:
(3)感应电动势:E=BLv ③
感应电流: ④
联立③④解得:
答:
(1)通过灯泡电流I的大小是,方向由P到M;
(2)灯泡的电功率P为;
(3)金属杆下落的速度v的大小是.
两个有界匀强磁场方向均垂直纸面,但方向相反,磁感应强度均为B,宽度分别为L和2L.有一边长为L的正方形闭合线圈在外力作用下,向右匀速通过整个磁场,如图所示,用i表示电路中的感应电流,F表示外力,FA表示线框受到的安培力,PQ表示线圈中的热功率,并以逆时针方向为感应电流正方向,向右为力的正方向,线圈在图示位置为位移起点,则下列图象中正确的是( )
正确答案
解析
解:在0~L的位移内,感应电动势E=BLv,根据右手定则,感应电流方向为顺时针,电流大小I=.所受的安培力
,方向向左,而F=
.方向向右.线圈产生的热功率
.
在L~2L位移内,电流I=,方向为逆时针方向,所受安培力
,方向向左,拉力F=
,方向向右.线圈产生的热功率
.
在2L~3L位移内,电流I=0,安培力为0,拉力F=0,线圈产生的热功率为0.
在3L~4L位移内,电流大小I=.方向为顺时针方向.所受的安培力
,方向向左,而F=
.方向向右.线圈产生的热功率
.故A、C、D正确,B错误.
故选ACD.
一空间有垂直纸面向里的匀强磁场B,两条电阻不计的平行光滑导轨竖直放置在磁场内,如图所示,磁感应强度B=0.5T,导体棒ab、cd长度均为0.2m,电阻均为0.1Ω,重力均为0.1N,现用力向上拉动导体棒ab,使之匀速上升(导体棒ab、cd与导轨接触良好),此时cd静止不动,则ab上升时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、导体棒ab匀速上升,受力平衡,cd棒静止,受力也平衡,对于两棒组成的整体,合外力为零,根据平衡条件可得:ab棒受到的推力F=2mg=0.2N,故A错误.
B、对cd棒,受到向下的重力G和向上的安培力F安,由平衡条件得:F安=G,即BIL=G,又I=,联立得:v=
=
=2m/s,故B正确.
C、在2s内,电路产生的电能Q=t=
t=
×2J=0.4J,则在2s内,拉力做功,有0.4J的机械能转化为电能,故C正确.
D、在2s内拉力做的功为:W=F推vt=0.2×2×2J=0.8J,故D错误.
故选:BC.
如图所示,水平面内两根光滑的足够长平行金属导轨,左端与电阻R相连接,匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内,一定质量的金属棒垂直于导轨并与导轨接触良好.若对金属棒施加一个水平向右的外力F,使金属棒从a位置由静止开始向右做匀加速运动.若导轨与金属棒的电阻不计,则下列图象(金属棒产生的电动势E、通过电阻R的电量q、电阻R消耗的功率P、外力F)正确的是( )
正确答案
解析
解:A、t时刻金属棒的速度为 v=at,感应电动势为 E=BLv=BLat,则知E∝t,E-t图象应是过原点的倾斜直线,故A错误.
B、根据感应电荷量公式q==
=
∝t2;q-t图象是开口向上的抛物线,故B正确.
C、电阻R消耗的功率P==
∝t2;P-t图象是开口向上的抛物线,故C错误.
D、根据牛顿第二定律得:F-F安=ma,又F安==
,联立得:F=
+ma,根据数学知识可知F-t图象是向上倾斜的直线,故D正确.
故选:BD.
如图所示,由同种材料制成的粗细均匀的金属丝制成的“日”字型线框,质量为m,线框的边长ab=bc=cd=da=L,e、f分别为ab、cd的中点,在线框的下方,有一垂直于纸面向里的匀强磁场,磁场的上下边界水平,宽度为
,现将此线框由某一高度处自由下落,线框的bc边刚好能以速度v匀速通过磁场,下落时线框平面始终竖直,bc边水平,则以下说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、设Rab=Rbc=Rcd=Rda=Ref=2R,bc边在磁场中的等效电路如图1,ef在磁场中的等效电路如图2,
它们产生的电动势都是:E=BLv
则
由于:R1>R2
所以两种情况下导体棒受到的安培力:F1<F2,所以当ef边进入磁场后,线框受到的安培力增大,线框做减速运动,故A错误;
B、由A的方向知,ef边进入磁场后,线框做减速运动,速度将小于bc边通过磁场的速度,所以bc边通过磁场的时间大于ef边通过磁场的时间.故B错误;
C、由A的方向知,ef边进入磁场后,线框做减速运动,所以当ad边通过磁场时,线框的速度要小于bc边通过磁场时的速度,所以两种情况下产生的电能是不相同的.故C错误;
D、在bc边匀速通过磁场的过程中,bc边受到的安培力等于线框的重力,所以重力的功率等于整个线框的电功率,所以整个线框的电功率为mgv.故D正确.
故选:D.
如图甲所示,固定在水平桌面上的光滑金属框架cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中,金属杆ab与金属框架接触良好.在两根导轨的端点d、e之间连接一个电阻R,其他部分电阻忽略不计.现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上,使金属杆由静止开始向右在框架上滑动,运动过程中杆ab始终垂直于框架.图乙是金属杆运动的v-t图象,则可以表示外力F随时间t变化关系的图象是( )
正确答案
解析
解:由图乙知,金属杆ab作匀加速直线运动,设加速度为a,则有:v=at
由E=BLv、I=、F安=BIL得,金属杆所受的安培力为:F安=
t
根据牛顿第二定律得:F-F安=ma
则得:F=t+ma
当t=0,F=ma≠0,根据数学知识可知C正确.
故选:C.
如图所示,A、B为不同金属制成的正方形线框,导线截面积相同,A的边长是B的2倍,A的密度是B的
,A的电阻率是B的2倍,当它们的下边在同一高度竖直下落,垂直进入如图所示的磁场中,A框恰能匀速下落,那么,下列正确的是( )
正确答案
解析
解:
A、设线框下落的高度是h,线框做自由落体运动,线框进入磁场时的速度v2=2gh,解得v=,两线框进入磁场时的速度相等,
线框进入磁场时受到的安培力F=BIL=,A进入磁场时做匀速直线运动,则
=mg,A的边长是B的二倍,根据电阻定律R=ρ
知,A的电阻是B的4倍,两线框的速度相等,由F=
知,B受到的安培力等于A受到的安培力;导线截面积相同,A的边长是B的二倍,A的密度是B的
,则A与B的质量相等,B受到的重力与A的重力相等,所在B进入磁场时,受到的安培力等于重力,B受到的合力为零,B做匀速直线运动.故A正确.
B、线框进入磁场时的感应电流I=,A的边长是B的二倍,A的电阻是B的4倍,进入磁场后,A、B中感应电流强度之比是1:2.故B错误.
C、感应电荷量Q=It=×
=
,A的边长是B的二倍,A的电阻是B的4倍,二框全部进入磁场的过程中,通过截面的电量相等.故C正确.
D、产生的热量Q=I2Rt=()2R
=
,v与B相同,A的边长是B的二倍,A的电阻是B的4倍,二框全部进入磁场的过程中,热量之比为2:1,因为消耗的电能转化为热量.故D正确.
故选:ACD
如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B.电阻为R、半径为L、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度ω匀速转动(O轴位于磁场边界).则线框内产生的感应电流的有效值为( )
正确答案
解析
解:半径切割磁感线产生的感应电动势:
E=BL=BL
=
BL•ωL=
BL2ω,
交流电流的有效值是根据电流的热效应得出的,线框转动周期为T,而线框转动一周只有T的时间内有感应电流,
则有:•R•
=I2RT,
解得:I=;
故选:C.
如图,两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置,导轨间距离为L,电阻不计.在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡.整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直.现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放.金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好.已知某时刻后两灯泡保持正常发光.重力加速度为g.则( )
正确答案
解析
解:AB、两灯泡保持正常发光说明导体棒在匀速运动,根据平衡条件:mg=BIL…①
两灯泡保持正常发光,有:I=2Im …②
P=Im2 R…③
联立①②③化简得磁感应强度的大小为:B=为,故A正确,B错误;
CD、两灯泡保持正常发光时的电压等于感应电动势,有:U2=PR…⑤
根据法拉第电磁感应定律有:E=BLv…⑥
联立⑤⑥化简得灯泡正常发光时导体棒的运动速率为:v=,故C错误,D正确.
故选:AD.
如图所示的电路中,R=1Ω,B=0.2T,金属杆ab长1.0m、单位长度的电阻为2Ω,用一力F拉着杆以v=10m/s的速度做匀速运动.导轨光滑,两导轨间的距离为0.5m,其它阻力不计,在拉动过程中导线ab所受的安培力为______N,金属杆ab两端间的电势差为______V.
正确答案
0.05
0.5
解析
解:ab产生的感应电动势为:E=BLv=0.2×0.5×10V=1V
回路中感应电流为 I==
A=0.5A
导线ab所受的安培力为 F=BIL=0.2×0.5×0.5N=0.05N
金属杆ab两端间的电势差等于R两端电压为:U=IR=0.5×1V=0.5V;
故答案为:0.05,0.5.
如图,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上.当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、导体棒bc、ac做切割磁感线运动,产生感应电动势,根据右手定则,感应电动势的方向从b到c,或者说是从a到c,故Ua=Ub<Uc,磁通量一直为零,不变,故金属框中无电流,故A错误,B错误;
CD、感应电动势大小=Bl(
)=
Bl2ω,由于Ub<Uc,所以Ubc=-
Bl2ω,
由于磁通量一直为零,所以金属框中无电流,故C正确,D错误;
故选:C.
如图所示,足够长的光滑平行导轨MN、PQ倾斜放置,两导轨间的距离为L=1.0m,导轨平面与水平面间的夹角为30°,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上,导轨的M、P两端连接阻值为R=3.5Ω的电阻,金属棒ab垂直于导轨放置,金属棒ab的质量m=0.20kg,电阻r=0.50Ω,并与导轨保持良好接触.现在ab上作用一恒力F=5.0N,方向垂直于ab并沿导轨平面向上,使金属棒ab由静止开始运动,在M处安装一个距离传感器(图中未画出),可以测出金属棒ab在运动中离MP的距离与时间的该关系,如下表所示.不计导轨的电阻,取g=10m/s2.求:
(1)所加磁场的磁感应强度B为多大?
(2)电阻R在0.6s内产生的热量为多少?
正确答案
解:(1)由表格数据分析可知,ab棒最终做匀速直线运动,匀速运动的速度为v==
金属棒产生的感应电动势为E=E=BLv
回路中感应电流为I=
金属棒受到的安培力为FB=BIL
则得安培力表达式为FB=
根据平衡条件得:F=FB+mgsinθ
联立解得,B=2T
(2)由表格读出:在0.6s内棒的位移s=1.41m-0.01m=1.4m,设回路产生的总热量为Q,由能的转化和守恒定律得
Fs=mgs•sinθ+Q+
在回路中电阻产生的热量与电阻成正比,则
电阻R在0.6s内产生的热量QR=Q
联立解得,QR=3.5J
答:(1)所加磁场的磁感应强度B为2T.
(2)电阻R在0.6s内产生的热量为3.5J.
解析
解:(1)由表格数据分析可知,ab棒最终做匀速直线运动,匀速运动的速度为v==
金属棒产生的感应电动势为E=E=BLv
回路中感应电流为I=
金属棒受到的安培力为FB=BIL
则得安培力表达式为FB=
根据平衡条件得:F=FB+mgsinθ
联立解得,B=2T
(2)由表格读出:在0.6s内棒的位移s=1.41m-0.01m=1.4m,设回路产生的总热量为Q,由能的转化和守恒定律得
Fs=mgs•sinθ+Q+
在回路中电阻产生的热量与电阻成正比,则
电阻R在0.6s内产生的热量QR=Q
联立解得,QR=3.5J
答:(1)所加磁场的磁感应强度B为2T.
(2)电阻R在0.6s内产生的热量为3.5J.
如图所示,一沿水平方向的匀强磁场分布在宽度为2L的某矩形区域内(长度足够大),该区域的上下边界MN、PS是水平的.有一边长为L的正方形导线框abcd从距离磁场上边界MN的某高处由静止释放下落而穿过该磁场区域,已知当线框的ab边到达PS时线框刚好做匀速直线运动.以线框的ab边到达MN时开始计时,以MN处为坐标原点,取如图坐标轴x,并规定逆时针方向为感应电流的正方向,向上为力的正方向.则关于线框中的感应电流I和线框所受到的安培力F与ab边的位置坐标x的以下图线中,可能正确的是( )
正确答案
解析
解:据题线框的ab边到达PS时线框刚好做匀速直线运动,此时线框所受的安培力与重力大小相等,即F=mg,而线框完全在磁场中运动时做匀加速运动,所以可知线框进入磁场过程,安培力应小于重力,即F<mg,只能做加速运动,不能做匀速运动或减速运动,否则通过匀加速过程,ab边到达PS时速度增大,安培力增大,安培力将大于重力,不可能匀速运动.
根据安培力公式F=,可知:线框进入磁场的过程中,随着速度增大,产生的感应电动势和感应电流i逐渐增大,安培力逐渐增大,线框所受的合力减小,加速度减小,所以做加速度减小的变加速运动.感应电流i=
,所以感应电流i的变化率也应逐渐减小,安培力F的变化率也逐渐减小.
根据楞次定律判断可知,线框进入磁场和穿出磁场过程,所受的安培力方向都向上,为正方向.故AD正确,BC错误.
故选:AD.
如图所示,在倾角为θ的斜面上固定两条间距为l的光滑导轨MN、PQ,导轨电阻不计,并且处于垂直斜面向上的匀强磁场中.在导轨上放置一质量为m、电阻为R的金属棒ab,并对其施加一平行斜面向上的恒定的作用力,使其匀加速向上运动.某时刻在导轨上再静止放置质量为2m,电阻为2R的金属棒cd,恰好能在导轨上保持静止,且金属棒ab同时由加速运动变为匀速运动,速度为v.求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(2)平行斜面向上的恒定作用力F的大小及金属棒ab做加速运动时的加速度大小.
正确答案
解:(1)由题知,两棒都处于平衡状态,两棒所受的合外力均为零,则根据平衡条件得:
对ab棒:F-Fab-mgsinθ=0…①
对cd棒:Fcd-2mgsinθ=0…②
又:Fab=Fcd…③
由①②③解得:F=3mgsinθ…④
ab、cd两棒所受的安培力大小为:
Fab=Fcd=BIL=B••L=
…⑤
由④⑤解得:B=
(2)ab棒做加速运动时,沿着斜面的方向只受到重力的分量与拉力F的作用,由牛顿第二定律得:
F-mgsinθ=ma…⑥
联立④⑥得:a=2gsinθ
答:(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小是;
(2)平行斜面向上的恒定作用力F的大小是3mgsinθ,金属棒ab做加速运动时的加速度大小是2gsinθ.
解析
解:(1)由题知,两棒都处于平衡状态,两棒所受的合外力均为零,则根据平衡条件得:
对ab棒:F-Fab-mgsinθ=0…①
对cd棒:Fcd-2mgsinθ=0…②
又:Fab=Fcd…③
由①②③解得:F=3mgsinθ…④
ab、cd两棒所受的安培力大小为:
Fab=Fcd=BIL=B••L=
…⑤
由④⑤解得:B=
(2)ab棒做加速运动时,沿着斜面的方向只受到重力的分量与拉力F的作用,由牛顿第二定律得:
F-mgsinθ=ma…⑥
联立④⑥得:a=2gsinθ
答:(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小是;
(2)平行斜面向上的恒定作用力F的大小是3mgsinθ,金属棒ab做加速运动时的加速度大小是2gsinθ.
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