- 电磁感应
- 共4515题
如图所示,相距为d的两条水平虚线L1、L2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,将线圈在磁场上方高h处静止释放,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,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据右手定则得出线圈进入磁场的过程中,感应电流方向是逆时针方向,故A正确.
B、根据线圈下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是v0,且全部进入磁场将做加速运动,所以进磁场时将做减速运动.故B错误.
C、因为进磁场时要减速,即此时的安培力大于重力,速度减小,安培力也减小,当安培力减到等于重力时,即,线圈做匀速运动,全部进入磁场将做加速运动,
所以线圈的最小速度可能为故C正确.
D、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:动能变化为0,重力势能转化为线框产生的热量,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cd边刚穿出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D正确.
故选ACD.
把边长为L的均匀正方形线框从匀强磁场中以速度v拉出,磁场的磁感应强度为B,方向垂直线框所在的平面,如图所示.线框运动到图示位置时,a、b两端的电势差Uab=______.
正确答案
BLv
解析
解:ab切割磁感线相当于电源,其余三边为外电路,
感应电动势:E=BLv,
a、b两端的电势差:Uab=IR外=×
R=
BLv;
故答案为:BLv.
如图所示,相距均为d的三条水平虚线L1与L2、L2与L3之间分别有垂直纸面向外、向里的匀强磁场,磁感应强度大小均为B、一个边长也是d的正方形导线框,从L1上方一定高处由静止开始自由下落,当ab边刚越过L1进入磁场时,恰好以速度v1做匀速直线运动;当ab边在越过L2运动到L3之前的某个时刻,线框又开始以速度v2做匀速直线运动,在线框从进入磁场到速度变为v2的过程中,设线框的动能变化量大小为△Ek,重力对线框做功大小为W1,安培力对线框做功大小为W2,下列说法中正确的有( )
正确答案
解析
解:A、在导体框下落过程中,重力做正功,但安培力做负功,不能根据重力做功判断两速度的大小.
设线框匀速运动时速度大小为v,线框的电阻为R,质量为m.
ab边进入磁场,由于线框匀速运动,则有
mg= ①
线框以速度v2做匀速直线运动时,有
线框中总的感应电动势为 E=2Bdv2,线框所受的安培力大小为 F=2BId=2Bd•=
②
由①②比较得,v1>v2.故A错误.
B、C从ab边进入磁场到速度变为v2的过程中,根据动能定理得:线框动能的变化量为-△Ek=W1-W2.则得△Ek=W2-W1.故B正确,C错误.
D、从ab边进入磁场到速度变为v2的过程中,机械能减少等于重力势能的减小量与动能减小量之和,而重力势能的减小量等于重力做功W1,即有△E=W1+△Ek. 故D正确.
故选D
如图所示,质量为3m的重物与一质量为m的线框用一根绝缘细线连接起来,挂在两个高度相同的定滑轮上,已知线框电阻为R,横边边长为L,水平方向匀强磁场的磁感应强度为B,磁场上下边界的距离、线框竖直边长均为h.初始时刻,磁场的下边缘和线框上边缘的高度差为2h,将重物从静止开始释放,线框穿出磁场前,若线框已经做匀速直线运动,滑轮质量、摩擦阻力均不计.则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、线框进入磁场前,根据重物与线框组成的机械能守恒得:
(3mg-mg)•2h=(3m+m)v2;
解得线框进入磁场时的速度为:v=.故A正确.
B、线框进入磁场时,根据平衡条件得:3mg-mg=F安,而F安=,
联立解得线框进入磁场时的速度为:v=.
线框的高度与磁场的高度相等,线框通过磁场的过程都做匀速直线运动,所以线框穿出磁场时的速度为v=,故B错误.
C、设线框通过磁场的过程中产生的热量为Q.对从静止到刚通过磁场的过程,根据能量守恒得:
Q=(3mg-mg)•4h-(3m+m)v2将v=
代入得:Q=8mgh-2×
,故C错误.
D、线框进入磁场后,若某一时刻的速度为v,对整体,根据牛顿第二定律得:
3mg-mg-=(3m+m)a
解得:a=g-
.故D正确.
故选:AD.
如图所示,在水平面内固定一光滑“U”型导轨,导轨间距L=1m,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感强度B=0.5T.一导体棒以v0=2m/s的速度向右切割匀强磁场,导体棒在回路中的电阻r=0.3Ω,定值电阻R=0.2Ω,其余电阻忽略不计.求:
(1)回路中产生的感应电动势;
(2)R上消耗的电功率;
(3)若在导体棒上施加一外力F,使导体棒保持匀速直线运动,求力F的大小和方向.
正确答案
解:(1)回路中产生的感应电动势:
E=BLv0=0.5×1×2=1V;
(2)电路中的电流:I==
=2A,
R上消耗的电功率P=I2R=0.8W;
(3)安培力:FB=BIL=0.5×2×1=1N,
由左手定则可知,安培力向左,
由平衡条件得:F=FB=1N,
力F的大小的方向水平向右.
答:(1)回路中产生的感应电动势为1V;(2)R上消耗的电功率为0.8W;(3)外力大小为你1N,方向向右.
解析
解:(1)回路中产生的感应电动势:
E=BLv0=0.5×1×2=1V;
(2)电路中的电流:I==
=2A,
R上消耗的电功率P=I2R=0.8W;
(3)安培力:FB=BIL=0.5×2×1=1N,
由左手定则可知,安培力向左,
由平衡条件得:F=FB=1N,
力F的大小的方向水平向右.
答:(1)回路中产生的感应电动势为1V;(2)R上消耗的电功率为0.8W;(3)外力大小为你1N,方向向右.
如图所示,xOy坐标系第一象限内有垂直纸面向外的匀强磁场,第三象限内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感强度大小均为B,第二、四象限内没有磁场.一个围成四分之一圆弧形的导体环Oab,其圆心在原点O,开始时导体环在第四象限,且导体环两边oa、ob恰好分别与x轴、y轴重合,从t=0时刻开始导体环绕O点在xOy坐标平面内逆时针匀速转动.规定逆时针方向为电流的正方向,在导体环转动一周的过程中,下列能正确表示环内感应电流i随时间t变化的图象是( )
正确答案
解析
解:在0-内,向外的磁通量增加,则感应电流磁场向里,根据右手定则判断可知,线框中感应电流的方向为顺时针方向,为负值.oa中产生的感应电动势均为E=
BL2ω感应电流大小为I=
;
-
内,向外的磁通量减少,则感应电流磁场向外,根据右手定则判断可知,线框中感应电流的方向为逆时针方向,为正值.ob中产生的感应电动势均为E=
BL2ω感应电流大小为I=
;
T-
T,向里的磁通量增加,则感应电流磁场向外,根据右手定则判断可知,线框中感应电流的方向为逆时针方向,为正值.oa中产生的感应电动势均为E=
BL2ω感应电流大小为I=
;
T-T内,向里的磁通量减少,则感应电流磁场向里,根据右手定则判断可知,线框中感应电流的方向为顺时针方向,为负值.ob中产生的感应电动势均为E=
BL2ω感应电流大小为I=
.
故选:D.
如图所示,平行金属导轨间距为d,一端跨接一阻值为R的电阻,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直轨道所在平面,一根长直金属棒与轨道成60°角放置,当金属以垂直棒的恒定速度v沿金属轨道滑行时,电阻R中的电流大小为______.(不计轨道与棒的电阻)
正确答案
解析
解:金属棒中产生的感应电动势为:
E=BLv=Bv
通过R的电流为:
I==
=
故答案为:
如图所示,在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场,磁场方向均垂直于纸面,磁场的宽度均为L.一形状为等腰直角三角形的导线框abc位于纸面内,直角边的长度也为L,开始时bc边与磁场的边界P重合.从t=0时刻开始,线框匀速向右通过这两个磁场区域,速度方向垂直边界,以a→b→c→a为线框中的电流的正方向,以下四个i-t关系示意图中能正确反映线框中电流的是( )
正确答案
解析
解:线框刚进入磁场时磁通量向外增加,感应磁场向里,因此感应电流方向为顺时针,电流i应为负,选项A错误;
随着线框的运动,导线切割磁感线长度减小,感应电流减小,由于bc边的长度为L,故电流反向减小的时间为:,由于左边磁场宽度为L,从开始进入右边磁场之后,由楞次定律可知,磁通量向外减小,故感应电流的磁场应该向外,故感应电流为逆时针,且逐渐减小,当磁通量减小为零时,线框还没有完全进仍右边磁场,随着线框的继续运动,线框中的磁通量向里增加,感应电流的方向仍为逆时针,并继续减小只至为零.在时间为
的过程中,穿过线框的磁通量变化是前一个
时间的两倍,故最大感应电流是第一个
过程中两倍;当线框全部进入右边后出磁场的过程中,磁通量开始向里减小,故感应电流的磁场方向变为顺时针方向,可知感应电流为顺时针,并逐渐减小为零.综上所述,符合变化规律的只有D.
故选:D.
如图一所示,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之间连接一电阻,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,运动中杆ab始终垂直于框架.图二为一段时间内金属杆受到的安培力f随时间t的变化关系,则下面图中可以表示外力F随时间t变化关系的图象是( )
正确答案
解析
解:由感应电动势E=Blv,电流I=得到安培力为:
f=BIl=
由图f∝t,则v∝t,说明导体做匀加速运动,那么v=at
根据牛顿第二定律得:F-f=ma
解得:F=f+ma=+ma
故选:B.
如图甲所示,光滑绝缘水平面上,磁感应强度B=2T的匀强磁场以虚线MN为左边界,MN的左侧有一质量m=0.1kg,bc边长L1=0.2m,电阻R=2Ω的矩形线圈abcd.t=0时,用一恒定拉力F拉线圈,使其由静止开始向右做匀加速运动,经过时间1s,线圈的bc边到达磁场边界MN,此时立即将拉力F改为变力,又经过1s,线圈恰好完全进入磁场.整个运动过程中,线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示.求:
(1)求线圈bc边刚进入磁场时的速度v1;
(2)写出第2s内变力F随时间t变化的关系式;
(3)若从开始运动到线圈完全进入磁场,线圈中产生的热量为0.0875J,求此过程拉力所做的功.
正确答案
解:(1)由图乙可知,线圈刚进入磁场时的感应电流为:I1=0.1A,
感应电动势:E=BL1v1,
感应电流:I1=,
解得:v1=,
代入数据解得:v1=0.5m/s;
(2)由图乙知,在第2s时间内,线圈中的电流随时间均匀增加,线圈中的速度随时间均匀增加,线圈所受安培力随时间均匀增加,且大小为:
F安=BIL1=(0.08t-0.04)N
t=2 s时线圈的速度为:
v2==1.5 m/s
线圈在第2 s时间内的加速度为:a2==1 m/s2
由牛顿定律得:F=F安+ma2=(0.08t+0.06)N.
(3)ad边进入磁场前瞬间感应电流:I2=0.3A,
t=2s时线圈的速度:v2==
=1.5m/s,
由能量守恒得:,
代入数据解得:W=0.20J;
答:(1)线圈bc边刚进入磁场时的速度v1为0.5m/s;
(2)第2s内变力F随时间t变化的关系式为:F=(0.08t+0.06)N;
(3)此过程拉力所做的功为0.2J.
解析
解:(1)由图乙可知,线圈刚进入磁场时的感应电流为:I1=0.1A,
感应电动势:E=BL1v1,
感应电流:I1=,
解得:v1=,
代入数据解得:v1=0.5m/s;
(2)由图乙知,在第2s时间内,线圈中的电流随时间均匀增加,线圈中的速度随时间均匀增加,线圈所受安培力随时间均匀增加,且大小为:
F安=BIL1=(0.08t-0.04)N
t=2 s时线圈的速度为:
v2==1.5 m/s
线圈在第2 s时间内的加速度为:a2==1 m/s2
由牛顿定律得:F=F安+ma2=(0.08t+0.06)N.
(3)ad边进入磁场前瞬间感应电流:I2=0.3A,
t=2s时线圈的速度:v2==
=1.5m/s,
由能量守恒得:,
代入数据解得:W=0.20J;
答:(1)线圈bc边刚进入磁场时的速度v1为0.5m/s;
(2)第2s内变力F随时间t变化的关系式为:F=(0.08t+0.06)N;
(3)此过程拉力所做的功为0.2J.
如图甲所示,正三角形导线框abc固定在磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间变化的关系如图乙所示.t=0时刻磁场方向垂直纸面向里,在0-4s时间内,线框ab边所受安培力F1,随时间t变化的关系(规定水平向左为力的正方向)可能是下图中的( )
正确答案
解析
解:C、D、0-1s,感应电动势为:E1=S=SB0,为定值
感应电流:I1=,为定值
安培力F=BI1L∝B
由于B逐渐减小到零,故安培力逐渐减小到零,故CD均错误;
A、B、3s-4s内,感应电动势为:E2=S=SB0,为定值
感应电流:I2=,为定值
安培力F=BI2L∝B
由于B逐渐减小到零,故安培力逐渐减小到零;
由于B逐渐减小到零,故通过线圈的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流要阻碍磁通量减小,有扩张趋势,故安培力向外,即ab边所受安培力向左,为正,故A正确,B错误;
故选:A.
如图,在一磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,垂直于磁场方向水平放置着两根平行金属导轨(导轨的电阻不计).在两根导轨的左端连接一阻值R=0.3Ω的电阻,导轨上有一根长为L=0.1M,电阻为r=0.2Ω的金属棒AB与导轨正交放置.不计金属帮与导轨间的摩擦力,当金属棒以速度v=4m/s向右做匀速运动时,求:
(1)金属棒AB中电流大小和方向;
(2)电阻R两端的电压U;
(3)使金属棒做匀速运动的水平外力的大小.
正确答案
解:(1)金属棒AB做切割磁感线运动,有:
E=BLv…①
由闭合电路的欧姆定律得:
I=…②
联立①②解得:
I=0.4A…③
由右手定则可知电流方向由B到A.
(2)电阻R两端的电压:
U=IR…④
联立③④解得:
U=0.12V…⑤
(3)金属棒做匀速运动,有:
F=FA…⑥
又由于:
FA=BIL…⑦
联立③⑥⑦解得:F=0.02N
答:(1)金属棒AB中电流大小为0.4A,方向由B到A;
(2)电阻R两端的电压U为0.12V;
(3)使金属棒做匀速运动的水平外力的大小为0.02N.
解析
解:(1)金属棒AB做切割磁感线运动,有:
E=BLv…①
由闭合电路的欧姆定律得:
I=…②
联立①②解得:
I=0.4A…③
由右手定则可知电流方向由B到A.
(2)电阻R两端的电压:
U=IR…④
联立③④解得:
U=0.12V…⑤
(3)金属棒做匀速运动,有:
F=FA…⑥
又由于:
FA=BIL…⑦
联立③⑥⑦解得:F=0.02N
答:(1)金属棒AB中电流大小为0.4A,方向由B到A;
(2)电阻R两端的电压U为0.12V;
(3)使金属棒做匀速运动的水平外力的大小为0.02N.
在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一与磁场方向垂直,长度为L金属杆aO,已知ab=bc=cO=
,a、c与磁场中以O为圆心的同心圆(都为部分圆弧)金属轨道始终接触良好,一电容为C的电容器接在轨道上,如图所示,当金属杆在与磁场垂直的平面内以o为轴,以角速度ω顺时针匀速转动时:( )
正确答案
解析
解:A、B、ao、bo、co间的电势差分别等于它们产生的感应电动势.根据转动切割磁感线感应电动势公式E=Bl2ω得ao、bo、co间的电势差分别为:
Uao=BL2ω,
Ubo=B(
L)2ω=
BL2ω,
Uco=B(
L)2ω=
BL2ω,
则有:Uac=Uao-Uco=BL2ω,
Uab=Uao-Ubo=BL2ω,
可见,Uac=2Ub0.Uac≠2Uab.故AB错误.
C、电容器板间电压等于ac间的电势差,则电容器所带电量为:Q=CUac=BL2ωC.故C正确.
D、若在eO间连接一个电压表,电压表与co、导轨组成的闭合回路,磁通量增加,会有电流通过电压表,则电压表将有示数.故D错误.
故选:C
用电阻为18Ω的均匀导线弯成如图所示直径D=0.80m的封闭金属圆环,环上AB弧所对圆心角为60,将圆环垂直于磁感线方向固定在磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直于纸面向里.一根长L=1m,R=1.25Ω的直导线PQ,沿圆环平面向左以v=3.0m/s的速度匀速滑行(速度方向与PQ垂直),滑行中直导线与圆环紧密接触(忽略接触处的电阻),当它通过环上A、B位置时下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由右手定则可知,直导线上的电流由A流向B,故A正确;
B、感应电动势:E=Blv=Bv=0.5×
×3=0.6V,
此时圆环上AB弧段的电阻:RAB=×18Ω=3Ω,ACB弧段的电阻:RACB=R-RAB=18-3=15Ω,
RAB和RACB并联,其总电阻:R外=2.5Ω,电源内电阻:r=1.25×0.40=0.50Ω
总电流应为:I==
=0.20A,UBA=IR外=0.2×2.5=0.5V,
E′=BL′v=B(L-)v=0.5×(1-
)×3=0.9V,
则:UQP=UBA+E′=0.5+0.9=1.4V,则UPQ=UQP=-1.4V,故B错误,C正确;
D、圆环发热损耗的电功率为:P=I2R并=0.22×2.5=0.10W,故D正确;
故选:ACD.
如图(甲)所示,一个“∠”型导轨垂直于磁场固定在磁感应强度为B的匀强磁场中,a是与导轨相同的导体棒,导体棒与导轨接触良好.在外力作用下,导体棒以恒定速度v向右运动,以导体棒在图(甲)所示位置的时刻作为计时起点,下列物理量随时间变化的图象可能正确的是( )
正确答案
解析
解:设“∠”型导轨的顶角为θ,导体棒与导轨单位长度的电阻为r.
A、感应电动势:E=BLv=Bvt•tanθ•v=Bv2tanθ•t,则知E∝t,图象应是过原点的直线.故A错误.
B、感应电流:I=,R=r(vt+vt•tanθ+
)
得,I=,式中各量恒定,则感应电流不变.故B正确.
C、根据F=BIL可知,F=BIvt•tanθ,可见F∝t,图象应是过原点的直线.故C错误.
D、由上可知,R∝t,I恒定,则受外力的功率P=I2R∝t,故D正确.
故选:BD
扫码查看完整答案与解析