- 电磁感应
- 共4515题
如图甲所示,ACD为一平放在水平面上的正三角形金属线框,其质量m=0.1kg,电阻R=0.02Ω,边长L=0.3m.水平面内有两个半径均为r=0.1m的圆形区域,左侧区域内有垂直于水平面向上的匀强磁场,其磁感应强度为B1,右侧区域内有垂直于水平面向下的匀强磁场,其磁感应强度为B2.线框顶点A位于右侧圆形区域的圆心,CD边中点位于左侧圆形区域的圆心.Bl、B2随时间变化的图象如图乙所示.线框与水平面间的动摩擦因数为μ=
,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g=10m/s2.求:
(1)t=0时刻穿过线框的磁通量;
(2)6s内通过线框的电荷量;
(3)经多长时间线框将开始滑动?
正确答案
解:(1)设磁场向上穿过线框磁通量为正,由磁通量的定义得:
t=0时,穿过线框的磁通量为:
Φ=Bl•-B2•
=2×
×π×0.12-2×
×π×0.12=
(Wb)
(2)根据法拉第电磁感应定律得:
感应电动势为:E==
•
=
×
V=
V
感应电流为:I==
A
在t=6s内通过线框中的电量 q=It=C(3)右侧线框每条边受到的安培力大小 F1=B2Ir=(2+0.5t)Ir
因两个力互成120°,两条边的合力大小仍为F1,由楞次定律知合力方向向左,
左侧线框受力大小 F2=B1I•2r,方向向左.
线框受到的安培力的合力 F=F1+F2;
当安培力的合力F等于最大静摩擦力时线框就要开始滑动
即(2+0.5t)Ir+B1I•2r=μmg
代入数据解得 t=24s
答:(1)t=0时刻穿过线框的磁通量是Wb;
(2)6s内通过线框的电荷量是C;
(3)经24s时间线框将开始滑动.
解析
解:(1)设磁场向上穿过线框磁通量为正,由磁通量的定义得:
t=0时,穿过线框的磁通量为:
Φ=Bl•-B2•
=2×
×π×0.12-2×
×π×0.12=
(Wb)
(2)根据法拉第电磁感应定律得:
感应电动势为:E==
•
=
×
V=
V
感应电流为:I==
A
在t=6s内通过线框中的电量 q=It=C(3)右侧线框每条边受到的安培力大小 F1=B2Ir=(2+0.5t)Ir
因两个力互成120°,两条边的合力大小仍为F1,由楞次定律知合力方向向左,
左侧线框受力大小 F2=B1I•2r,方向向左.
线框受到的安培力的合力 F=F1+F2;
当安培力的合力F等于最大静摩擦力时线框就要开始滑动
即(2+0.5t)Ir+B1I•2r=μmg
代入数据解得 t=24s
答:(1)t=0时刻穿过线框的磁通量是Wb;
(2)6s内通过线框的电荷量是C;
(3)经24s时间线框将开始滑动.
如图所示,U型金属导轨PQMN水平固定在竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度为B,导轨宽度为L.QM之间接有阻值为R的电阻,其余部分电阻不计.一质量为m、电阻也为R的金属棒ab放在导轨上,给棒一个水平向右的初速度vo使之开始滑行,导体棒经过时间t停止运动,导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、取向右为正方向,对ab棒,根据动量定理得:-(BL+μmg)t=0-mv0,又q=
△t,感应电荷量:q=
-
,由题目条件可计算出q,故A正确.
B、通过ab棒的电荷量 q=t=
=
,则得:导体棒ab的总位移 x=
,可知可以计算出x,故B正确.
C、根据能量守恒得:该装置产生的总热量Q=mv02,可知导轨光滑(其他条仵不变)与导轨粗糙时该装置产生的总热量相等,故C正确.
D、由上知,导轨光滑(其他条件不变)与导轨粗糙时a装置产生的总热量相等,则ab棒产生的焦耳热不等,所以安培力对导体棒ab所做的功不等,故D错误.
故选:ABC.
如图甲所示,光滑绝缘的水平面上一矩形金属线圈 abcd的质量为m、电阻为R、面积为S,ad边长度为L,其右侧是有左右边界的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为B,ab边长度与有界磁场区域宽度相等,在t=0时刻线圈以初速度v0进入磁场,在t=T时刻线圈刚好全部进入磁场且速度为vl,此时对线圈施加一沿运动方向的变力F,使线圈在t=2T时刻线圈全部离开该磁场区,若上述过程中线圈的v-t图象如图乙所示,整个图象关于t=T轴对称.则0-T时间内,线圈内产生的焦耳热为______,从T-2T过程中,变力F做的功为______.
正确答案
解析
解:根据能量守恒得,在0-T内产生的焦耳热Q=.
因为T-2T内的速度时间图线与0-T内速度时间图线对称,知0-T内产生的热量与T-2T内产生的热量相等.
对T-2T内这段过程运用能量守恒得,WF=△EK+Q=.
故答案为:,
.
如图所示,一匝数n=20的线圈从左侧进入磁场,在此过程中,线圈的磁通量将______(选填“变大”或“变小”).若上述过程所经历的时间为0.01s,线圈中产生的感应电动势为40V,则线圈中的磁通量变化了______Wb.
正确答案
变大
0.02
解析
解:根据磁通量公式Φ=BS得知,单匝线圈从左侧进入磁场的过程中,线圈的磁通量变大.
由法拉电磁感应定律:E=n
得:△Φ==
=0.02Wb.
故答案为:变大,0.02.
如图,MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨,其间距为L,导轨弯曲部分和水平部分均光滑,二者平滑连接.右端接一个阻值为R的定值电阻.水平部分导轨左边区域有宽度为d的匀强磁场区域,磁场方向竖直向上,磁感应强度大小为B.质量为m、电阻也为R的金属棒从磁场区域的右边界以平行于水平导轨的初速度v0进入磁场,离开磁场后沿弯曲轨道上升h高度时速度变为零,已知金属棒与导轨间接触良好,则金属棒穿过磁场区域的过程中(重力加速度为g)( )
正确答案
解析
解:
A、金属棒刚开始进入磁场时产生的感应电动势最大,为 Em=BLv0.故A错误.
B、根据法拉第电磁感应定律得:=
由欧姆定律得:=
通过金属棒的电荷量为 q=△t
磁通量的变化量为△Φ=BLd
联立得:q=,故B错误.
C、D:根据功能关系得知:克服安培力所做的功等于电路中产生的焦耳热,根据能量守恒得:W=Q=,故C错误,D正确.
故选:D
如图所示,将边长为L、总电阻为R的正方形闭合线圈,从磁感强度为B的匀强磁场中以速度v匀速拉出(磁场方向如图,垂直线圈平面)
(1)所用拉力F=______.
(2)拉力F做的功W=______.
(3)线圈放出的热量Q=______.
(4)通过导线截面的电量q=______.
(5)线圈发热的功率P热=______.
正确答案
解析
解:(1)由于线圈匀速运动,所以拉力与安培力大小相等,为:F=BIL=BL=
;
(2)拉力F做的功为:W=FL=
(3)线圈放出的热量Q等于拉力F做的功W.则有:Q=.
(4)通过导线截面的电量根据公式为:q==
;
(5)线圈发热的功率P热等于拉力的功率,为:P热=Fv=.
故答案为:(1);(2)
;(3)
;(4)
;(5)
如图所示,光滑金属导轨AC、AD固定在水平面内,并处在方向竖直向下、大小为B的匀强磁场中.有一质量为m的导体棒以初速度v0从某位置开始在导轨上水平向右运动,最终恰好静止在A点.在运动过程中,导体棒与导轨始终构成等边三角形回路,且通过A点的总电荷量为Q.已知导体棒与导轨间的接触电阻阻值恒为R,其余电阻不计.则( )
正确答案
解析
解:A、感应电动势E=BLv,感应电流I==
,导体棒受到的安培力F=BIL=
,由于导体棒在运动过程中L不断减小,安培力不断减小,导体棒的加速度减小,导体棒做加速度减小的减速运动,不做匀减速运动,故A错误;
B、克服安培力做功,导体棒的动能转化为焦耳热,由能量守恒定律可得,接触电阻产生的焦耳热Q=mv02,故B错误;
C、在整个过程中,感应电荷量Q=I△t=△t=
=
=
,则S=
,故C正确;
D、感应电动势E=BLv,感应电流I==
,当导体棒的速度为
时,导体棒的长度L减小,回路中感应电流大小小于初始时的一半,故D错误;
故选C.
如图,一个很长的竖直放置的圆柱形磁铁,产生一个辐射状的磁场(磁场水平向外),其大小为B=K/r,r为半径,设一个与磁铁同轴的圆形铝环,半径为R(大于圆柱形磁铁半径),而弯成铝环的铝丝其截面积为S,铝丝电阻率为ρ,密度为ρ0.铝环通过磁场由静止开始下落,下落过程中铝环平面始终保持水平.试求:
(1)铝环下落速度为v时的电功率?
(2)铝环下落的最终速度?
(3)当下落h高度时,速度最大,此过程中圆环消耗的电能?
正确答案
解:(1)由题意知圆环所在处的磁感应强度B=,圆环的有效切割长度为其周长,即L=2πR,
圆环的电阻R0==
,当圆环的速度为v时,切割磁感线产生的电动势E=BLv=2kπv,
圆环中的电流I=,圆环速度为v时电功率P=I2R0
联立以上各式解得:P=
(2)当圆环加速度为零时,有最大速度vm,此时安培力F=BIL=
由平衡条件可知:mg=F,圆环的质量m=ρ0S•2πR
解得:vm=
(3)由能量守恒定律得:
mgh=m
+Q
解得:Q=2πρ0RS[gh-(
)2]
答:(1)铝环下落速度为v时的电功率是
(2)铝环下落的最终速度是
(3)当下落h高度时,速度最大,此过程中圆环消耗的电能是2πρ0RS[gh-(
)2].
解析
解:(1)由题意知圆环所在处的磁感应强度B=,圆环的有效切割长度为其周长,即L=2πR,
圆环的电阻R0==
,当圆环的速度为v时,切割磁感线产生的电动势E=BLv=2kπv,
圆环中的电流I=,圆环速度为v时电功率P=I2R0
联立以上各式解得:P=
(2)当圆环加速度为零时,有最大速度vm,此时安培力F=BIL=
由平衡条件可知:mg=F,圆环的质量m=ρ0S•2πR
解得:vm=
(3)由能量守恒定律得:
mgh=m
+Q
解得:Q=2πρ0RS[gh-(
)2]
答:(1)铝环下落速度为v时的电功率是
(2)铝环下落的最终速度是
(3)当下落h高度时,速度最大,此过程中圆环消耗的电能是2πρ0RS[gh-(
)2].
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,如图甲所示.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变化的图线如图乙所示.已知线框质量m=1kg、电阻R=1Ω.以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:ABC、t=0时刻,线框的速度为零,线框没有感应电流,不受安培力,则线框的加速度为:a==
m/s2=1m/s2
线框的边长为:L=at2=
×1×12m=0.5m
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=2T
通过线框的电荷量为:q==
=
C=
C,故A错误,BC正确.
D、线框的位移为 x=L=0.5m,若F=3N保持不变,则F做功为W=Fx=3×0.5J=1.5J,而实际中F的大小逐渐增大,最大为3N,所以F做功应小于1.5J.由于线框加速运动,根据能量守恒得线框上产生的焦耳热小于1.5J,故D错误.
故选:BC
如图所示,接有灯泡L(阻值为R)的平行金属导轨(间距为l,电阻忽略不计)水平放置在磁感应强度为B的匀强磁场中.在外力F的作用下,一电阻可忽略的导体杆与两导轨良好接触并在P、Q两位置间做往复运动.从杆通过O位置,并沿OP方向运动时开始计时,其运动的速度-时间关系为v=v0cosωt,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据E=BLv知感应电动势E=BLv0cosωt,为余弦函数,最大值为Em=BLv0,根据欧姆定律知电流i==
,故A正确;
B、所受安培力FA=BiL=,故B错误;
C、杆克服安培力做功的功率与时间的关系P=Fv=,故C正确;
D、杆运动一个周期,回路中产生的焦耳热为Q==
,故D正确;
故选:ACD
(2016•温州模拟)如图所示O1、O2为两电阻不计的金属转盘,两盘间用皮带连接,O1为主动轮,O2为从动轮,两盘半径为r2=2r1=2r0,分别置于大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,两小灯泡L1、L2分别一端用电刷与两盘的边缘良好接触且阻力不计,另一端与盘心相连,现让O1以恒定角速度ω顺时针转动,皮带与转盘间不打滑,恰好使L1、L2正常发光,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由右手定则判断知,金属盘O2产生的感应电流从圆心O2流向圆盘的边缘,圆盘边缘的电势较高,则小灯泡L2的c端电势高于d端.故A正确.
B、L1正常发光,其额定电压等于金属盘O1产生的感应电动势,为 U1=Br12ω=
Br02ω.故B错误.
C、两轮边缘的线速度大小相等,由v=ωr得:金属盘O2的角速度ω′==
ω,L2的额定电压 U2=
ω′=
ω=Br02ω,则U1:U2=1:2.故C正确.
D、若已知小灯泡L2的电阻为R,则其消耗的电功率 P2==
.故D错误.
故选:AC
如图所示,MN与PQ是两条水平放置彼此平行的金属导轨,质量m=0.2kg,电阻r=0.5Ω的金属杆ab垂直跨接在导轨上,匀强磁场的磁感线垂直于导轨平面,导轨左端接阻值R=2Ω的电阻,理想电压表并接在R两端,导轨电阻不计.t=0时刻ab受水平拉力F的作用后由静止开始向右作匀加速运动,ab与导轨间的动摩擦因数μ=0.2.第4s末,ab杆的速度为v=1m/s,电压表示数U=0.4V.取重力加速度g=10m/s2.
(1)在第4s末,ab杆产生的感应电动势和受到的安培力各为多大?
(2)若第4s末以后,ab杆作匀速运动,则在匀速运动阶段的拉力为多大?整个过程拉力的最大值为多大?
(3)若第4s末以后,拉力的功率保持不变,ab杆能达到的最大速度为多大?
(4)在虚线框内的坐标上画出上述(2)、(3)两问中两种情形下拉力F随时间t变化的大致图线(要求画出0-6s的图线,并标出纵坐标数值).
正确答案
解:(1)4s末的感应电流:
电动势:E=I(R+r)=0.5V
由E=BLv得
4s末ab受的安培力:F安=BIL=0.1N
4s末的电动势为0.5V,4s末ab受到的安培力为0.1N;
(2)匀速阶段,ab受力平衡:
拉力F=μmg+F安=0.5N
加速过程达到第4s末时拉力最大,
匀速过程的拉力为0.5N;加速过程达4s末时拉力达最大,最大值为0.55N;
(3)若第4s末开始,拉力的功率不变,此时P=Fmax•v=0.55×1W=0.55W
设ab的最大速度为vm,此时的拉力为F‘,则
代入数据:;
vm=1.08m/s
ab杆能达到的速度为1.08m/s;
(4)上述两种情况拉力F随时间t变化大致图线
在(2)、(3)情形中最终拉力为
情形(2)中做匀速运动瞬间力达到0.51N,而情形(3)中功率不变,拉力随速度的增大逐渐减小,最后减小到0.51N.
如图所示:
解析
解:(1)4s末的感应电流:
电动势:E=I(R+r)=0.5V
由E=BLv得
4s末ab受的安培力:F安=BIL=0.1N
4s末的电动势为0.5V,4s末ab受到的安培力为0.1N;
(2)匀速阶段,ab受力平衡:
拉力F=μmg+F安=0.5N
加速过程达到第4s末时拉力最大,
匀速过程的拉力为0.5N;加速过程达4s末时拉力达最大,最大值为0.55N;
(3)若第4s末开始,拉力的功率不变,此时P=Fmax•v=0.55×1W=0.55W
设ab的最大速度为vm,此时的拉力为F‘,则
代入数据:;
vm=1.08m/s
ab杆能达到的速度为1.08m/s;
(4)上述两种情况拉力F随时间t变化大致图线
在(2)、(3)情形中最终拉力为
情形(2)中做匀速运动瞬间力达到0.51N,而情形(3)中功率不变,拉力随速度的增大逐渐减小,最后减小到0.51N.
如图所示:
如图所示,匀强磁场磁感应强度B=0.8T,方向垂直轨道平面,导轨间距L=0.5m,拉力F=0.2N,电阻R=4Ω,一切摩擦不计,求:
(1)ab杆可能达到的最大速度;
(2)电阻R上消耗的最大功率.
正确答案
解:(1)当ab杆匀速运动时速度最大,设为v,此时有:
导体棒受到的安培力:
F安=BIL=BL=
导体棒匀速运动处于平衡状态,由平衡条件得:F=F安=
代入数据解得:v==
=5m/s;
(2)电阻上最大电流 I==
=0.5A
电阻R消耗的最大功率:P=I2R=0.52×4=1W;
答:
(1)ab杆可能达到的最大速度是5m/s;
(2)电阻R上消耗的最大功率是1W.
解析
解:(1)当ab杆匀速运动时速度最大,设为v,此时有:
导体棒受到的安培力:
F安=BIL=BL=
导体棒匀速运动处于平衡状态,由平衡条件得:F=F安=
代入数据解得:v==
=5m/s;
(2)电阻上最大电流 I==
=0.5A
电阻R消耗的最大功率:P=I2R=0.52×4=1W;
答:
(1)ab杆可能达到的最大速度是5m/s;
(2)电阻R上消耗的最大功率是1W.
如图所示,匀强磁场的方向垂直纸面向外,而且有理想的边界,用力将长为b,宽为a的矩形线框匀速拉出匀强磁场,以下关于拉力做功的说法正确的是( )
正确答案
解析
解:用力将长为b,宽为a的矩形线框匀速拉出匀强磁场,则拉力等于安培力
F=BIL
其中I=
又知拉力做功W=Fs
其中L=a,s=b
联立上式知W=,由此式子知v、a、b、B越大,力做功越多,R越大力做功越小,故ABD正确,C错误.
故选:ABD
如图甲所示,MN左侧有一垂直纸面向里的匀强磁场.现将一边长为l、质量为m、电阻为R的正方形金属线框置于该磁场中,使线框平面与磁场垂直,且bc边与磁场边界MN重合.当t=0时,对线框施加一水平拉力F,使线框由静止开始向右做匀加速直线运动;当t=t0时,线框的ad边与磁场边界MN重合.图乙为拉力F随时间变化的图线,不计摩擦阻力.由以上条件可知,磁场的磁感应强度B的大小和感应电流方向分别为( )
正确答案
解析
解:t=0时刻,感应电动势E=0,感应电流I=0,安培力F安=BIl=0,
由牛顿第二定律得,F0=ma,a=,v=at0=
根据牛顿第二定律得,F-F安=ma,又F安=BIl,I=,E=Blv,
得到 F=+ma
t=t0时刻,由图读出图线的斜率K==
a=
解得B=
由楞次定律可得电流方向为abcda.
故选:C
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