- 电磁感应
- 共4515题
如图,AB为竖直固定的金属棒,B为转轴,金属杆BC重为G、长为L,并可在竖直平面内绕B轴无摩擦转动,AC为轻质金属丝,∠ABC=37°.∠ACB=90°.从t=0时刻开始加上一个有界的均匀变化的匀强磁场,其磁感线垂直穿过△ABC的一部分,初始时刻磁感应强度B=0,变化率为K,整个闭合回路的总电阻为R,则回路中感应电流为______ 经过______时间后金属丝所受的拉力为零.
正确答案
解析
解:由题,磁感应强度均匀变化,B=kt,则=k,根据法拉第电磁感应定律得感应电动势为:
E=•
BC•BCcos37°•sin37°=k•
L•L•
=0.24kL2感应电流为 I=
=
.
当金属线AC中拉力恰为零,BC的力矩平衡,以B转轴,由力矩平衡条件得:
G•BC•sin37°=F•
BC
解得安培力:F=G
又F=BIL,B=kt,
联立解得:t=
故答案为:,
如图所示,匀强磁场中放置有固定的abc金属框架,导体棒ef在框架上匀速向右平移,框架和棒所用材料、横截面积均相同,摩擦阻力忽略不计.那么在ef,棒脱离框架前,保持一定数值的物理量是( )
正确答案
解析
解:A、设∠abc=2θ,由ef杆所受的磁场力的大小:F=BIL=BI•2vt•tanθ,可知ef所受的拉力随着时间t的延长而增大.故A错误.
BD、根据拉第电磁感应定律得知,电路中磁通量的变化率等于回路中产生的感应电动势,而感应电动势E=BLv,B、v不变,有效切割的长度L增加,则电路中磁通量的变化率和感应电动势都增加.故B、D错误.
C、设金属材料的电阻率为ρ,截面积为S,导体棒ef从b点开始运动的时间为t,∠abc=2θ.则 回路中产生的感应电动势为E=2B•vt•tanθ
回路的电阻R=ρ电路中感应电流的大小I=
=
;B、S、ρ、θ均不变,则I不变.故C正确;
故选:C.
如图1所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距L=1m,电阻R=1.0Ω;有一质量m=1kg的导体杆静止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻可忽略不计,整个装置处于磁感强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下.现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之以a=1m/s2的加速度做匀加速运动,速度达5m/s后导体杆做匀速直线运动,通过计算求出外力F与时间t的函数关系,并在图2中画出前10s内的F-t图象.
正确答案
解:产生的感应电动势:E=BLv=BLat,
感应电流:I=,
安培力:F安=BIL,
解得:F安=,
对导体棒,由牛顿第二定律得:
F-=ma,
解得:F=+ma,
代入数据解得:当t≤5s时,F=(0.25t+1)N,
当5s<t≤10s时,F=2.25N;
图象如图所示:
答:外力F与时间t的函数关系为:当t≤5s时,F=(0.25t+1)N,
当5s<t≤10s时,F=2.25N;
前10s内的F-t图象如图所示.
解析
解:产生的感应电动势:E=BLv=BLat,
感应电流:I=,
安培力:F安=BIL,
解得:F安=,
对导体棒,由牛顿第二定律得:
F-=ma,
解得:F=+ma,
代入数据解得:当t≤5s时,F=(0.25t+1)N,
当5s<t≤10s时,F=2.25N;
图象如图所示:
答:外力F与时间t的函数关系为:当t≤5s时,F=(0.25t+1)N,
当5s<t≤10s时,F=2.25N;
前10s内的F-t图象如图所示.
如图所示,水平U形光滑框架,宽度为1m,电阻忽略不计,导体ab质量是0.2kg,电阻是0.1Ω,匀强磁场的磁感应强度B=0.1T,方向垂直框架向上,现用1N的外力F由静止拉动ab杆,当ab的速度达到1m/s时,求此时刻
(1)ab 杆产生的感应电动势的大小;
(2)ab杆的加速度的大小?
(3)ab杆所能达到的最大速度是多少?
正确答案
解:(1)ab 杆产生的感应电动势的大小为 E=BLv=0.1×1×1V=0.1V
(2)感应电流大小为 I==
=1A
ab杆所受的安培力大小为 FA=BIL=0.1×1×1N=0.1N
a==4.5m/s2
(3)∵FA=BIL=
F-FA=ma
∴F-=ma
当 a=0 时,v达到最大
∴vm==
m/s=10m/s
答:
(1)ab 杆产生的感应电动势的大小为0.1V;
(2)ab杆的加速度的大小是4.5m/s2.
(3)ab杆所能达到的最大速度是10m/s.
解析
解:(1)ab 杆产生的感应电动势的大小为 E=BLv=0.1×1×1V=0.1V
(2)感应电流大小为 I==
=1A
ab杆所受的安培力大小为 FA=BIL=0.1×1×1N=0.1N
a==4.5m/s2
(3)∵FA=BIL=
F-FA=ma
∴F-=ma
当 a=0 时,v达到最大
∴vm==
m/s=10m/s
答:
(1)ab 杆产生的感应电动势的大小为0.1V;
(2)ab杆的加速度的大小是4.5m/s2.
(3)ab杆所能达到的最大速度是10m/s.
如图所示,光滑水平轨道ab、cd在a、d端很接近但不接触,点a、d到bc边的距离均为4L,b、c间有一阻值为R的定值电阻,竖直向下的匀强磁场垂直穿过轨道面,磁感应强度大小为B.一质量为m,长为L的金属杆在水平外力F的作用下,以初速度v0从bc位置开始向左做直线运动,运动过程中保持杆中电流不变,金属杆和轨道的电阻不计.求:
(1)杆向左运动距离为2L时速度的大小;
(2)杆向左运动距离为2L过程中,水平外力做的功;
(3)杆向左运动距离为2L用的时间.
正确答案
解析
解:(1)当金属杆在bc位置时,有效切割长度为L,速度为v0,则感应电动势为E1=BLv0,感应电流I1=
当杆向左运动距离为2L时,有效切割长度变为,速度设为v,则感应电动势
,感应电流
由于动过程中保持杆中电流不变,则有I1=I2,可得v=2v0;
(2)在杆向左运动距离为2L过程中,安培力做负功,大小为=
则由动能定理有
解得:WF=;
(3)安培力所做的功等于电阻R产生的焦耳热,则有
=
解得t=
答:(1)杆向左运动距离为2L时速度的大小为2v0;
(2)杆向左运动距离为2L过程中,水平外力做的功为;
(3)杆向左运动距离为2L用的时间为=.
如图所示,两根间距为l的光滑平行金属导轨与水平面夹角为α,图中虚线下方区域内存在磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直于斜面向上.两金属杆质量均为m,电阻均为R,垂直于导轨放置.开始时金属杆ab处在距磁场上边界一定距离处,金属杆cd处在导轨的最下端,被与导轨垂直的两根小柱挡住.现将金属杆ab由静止释放,当金属杆ab刚进入磁场便开始做匀速直线运动.已知重力加速度为g,则( )
正确答案
解析
解:A、由右手定则可知,ab进入磁场时产生的感应电流有b流向a,故A错误;
B、从ab刚进入磁场时受到的安培力:F=BIL=BL=
,ab进入磁场做匀速直线运动,由平衡条件得:
=mgsinα,解得:v=
,故B正确;
C、ab进入磁场产生的感应电动势:E=BLv=,故C错误;
D、由左手定则可知,cd受到的安培力平行与斜面向下,则cd对两根小柱的压力不为零,故D错误;
故选:B.
如图所示,光滑的长直金属杆上套两个金属环与一个完整正弦图象的金属导线ab连接,其余部分未与杆接触.杆电阻不计,导线电阻为R,ab间距离为2L,导线组成的正弦图形顶部或底部到杆距离都是d,在导线和杆平面内有一有界匀强磁场区域,磁场的宽度为L,磁感强度为B,现在外力F作用下导线沿杆以恒定的速度v向右运动,t=0时刻导线从O点进入磁场,直到全部穿过的过程中,产生的感生电流或外力F所做的功为( )
正确答案
解析
解:金属导线在磁场中运动时,产生的电动势为:e=Bvy,y为导线切割磁力线的有效长度.
在导线运动的过程中,y随时间的变化为:y=dsinπ=dsin
=dsinωt,
=ω,
则导线从开始向右运动到L的过程中(如图)有:e1=Bvy=Bvdsinπ=Bvdsinωt
则此过程中电动势的最大值为:E1max=Bvd,此过程中电动势的有效值为:E1==
,
导线从L向右运动到2L的过程中(如图)有:e2=2Bvy=2Bvdsinπ=2Bvdsinωt,
即:E2max=2Bvd,所以:E2=2E1=,
导线从2L向右运动到3L的过程与导线从开始向右运动L的过程相同(如图),
则在这三段中运动的时间各为t,t=,
在整个过程中产生的内能为:Q=+
+
,解得:Q=
因导线在拉力F的作用下匀速运动,所以拉力F所做的功全部转化为内能,即:W=Q=,
由以上分析可知,电流不按正弦规律变化,不是正弦式电流,故AC正确,BD错误;
故选:AC.
如图所示,半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中,绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻R的电流的大小是(金属圆盘的电阻不计)( )
正确答案
解析
解:将金属圆盘看成无数条金属幅条组成的,这些幅条切割磁感线,产生感应电流,金属圆盘产生的感应电动势为:E=r2ω,通过电阻R的电流强度的大小为:I=
=
故选:C
如图2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.一直角三角形闭合导线框abc位于纸面内,框的ab边与bc边互相垂直.导线框与磁场区域的尺寸如图1所示.从t=0时刻开始,线框匀速穿过两个磁场区域,速度方向与bc边平行,并垂直于磁场边界.以逆时针方向为线框中电流i的正方向,以下四个i-t关系示意图中正确的是( )
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BCD错误;
随着线框的运动,导线切割磁感线长度增加,感应电流增加,由于bc边的长度为L,故电流反向增加的时间为:,由于左边磁场宽度为2L,故当线框全部进入至进入右边磁场之前,这段时间内磁通量不变,故没有感应电流,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,且逐渐增加,时间为
;当线框全部进入右边后至出磁场之前,这段时间内磁通量不变,故没有感应电流,时间为
;出磁场的过程中,磁通量向内减小,故感应电流的磁场向内,可知感应电流为顺时针,符合这个规律只有A,故A正确.
故选:A.
如图所示,足够长的光滑金属导轨MN、PQ平行放置,宽度为L,与水平面成夹角θ,在导轨的最上端M、P之间接有电阻R,金属棒ab电阻为r,质量m,不计其他电阻.整个装置放在匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下,棒在沿斜面向上的恒力F作用下加速上升L达到最大速度v,则( )
正确答案
解析
解:A、通过R的电荷量为 q=△t=
△t=
=
,故A错误.
B、当棒达到最大速度时,棒产生的感应电动势为 E=BLv,棒两端的电势差 Uab=E=
,故B正确.
C、当棒达到最大速度时,回路中的感应电流I==
,故C正确.
D、在此过程中电阻R上消耗的能量为 E=(FL-mgLsinθ-
).故D错误.
故选:BC.
有一总电阻为5Ω的闭合导线,其中1m长的部分直导线在磁感应强度为2T的匀强磁场中,以2m/s的速度沿与磁感线成30°的方向运动,如图所示,该直导线产生的感应电动势为______V,磁场对导线部分作用力为______N.
正确答案
2
0.8
解析
解:直导线产生的感应电动势为:
E=BLvsinα=2×1×2×sin30°=2V
感应电流为:
I==
A=0.4A
磁场对导线部分作用力为:
F=BIL=2×0.4×1N=0.8N
故答案为:2,0.8.
(2016•黄浦区一模)如图所示,两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计.两质量、长度均相同的导体棒①、②置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处.磁场宽为3h,方向与导轨平面垂直.先由静止释放①,当①恰好进入磁场时由静止释放②.已知①进入磁场即开始做匀速直线运动,①、②两棒与导轨始终保持良好接触.则下列表示①、②两棒的加速度a和动能Ek随各自位移s变化的图象中可能正确的是( )
正确答案
解析
解:A、以红色、蓝色分别表示导体棒①、②.竖直光滑金属导轨表明导体棒在运动过程中无摩擦力作用,图1到图2,棒①也未进入磁场无安培力,只受重力作用做自由落体运动,加速度为g,进入磁场的速度
;在①进入磁场以
做匀速直线运动时,受力平衡
,此时②做自由落体运动,到图3导体棒①、②速度相同,闭合回路的磁通量不变,无感应电流,导体棒只受重力,加速度为g,图4之后①出了磁场加速度仍为g;综上所述,A答案正确;
B、图1到图4导体棒②无电流加速为g,图4中瞬时速度为,此时棒①
,加速度向上不为零,B答案错误;
C、棒①从图1到图2,图3到图5只受重力;图2到图3匀速受力平衡;根据动能定理,C答案正确.
D、棒②从图1到图4,图5之后只受重力;图4到图5安培力大于重力棒做变减速,安培力减小;根据动能定理,D答案正确.
故选:ACD
如图甲所示,空间存在一有界匀强磁场,磁场的左边界如虚线所示,虚线右侧范围足够大,磁场方向竖直向下.在光滑绝缘水平面内有一长方形金属线框,ab边长为L=0.2m.线框质量m=0.1kg、电阻R=0.1Ω,在水平向右的外力F作用下,以初速度v0=1m/s一直做匀加速直线运动,外力F大小随时间t变化的图线如图乙所示.以线框右边刚进入磁场时开始计时,求:
(1)匀强磁场的磁感应强度B;
(2)线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q;
(3)若线框进入磁场过程中F做功为WF=0.27J,求在此过程中线框产生的焦耳热Q.
正确答案
解:
(1)由图象分析可知:
当t=0时刻,
力F0=BI0L+ma=0.3N
此时电流
当t=0.5s时刻,
力F1=BI1L+ma=0.4N
此时电流
当t=0.5s后,力F2=ma=0.2N
联立方程并求解得:B=0.5T,v1=2m/s
(2)根据题意:
平均电流
平均电动势
磁通量的变化量△Φ=B△S
面积变化量
代入数据并整理得:q=0.75c
(3)根据功能关系得:WF=Q+△EK
动能增量
整理得:Q=0.12J
答:(1)匀强磁场的磁感应强度B为0.5T;
(2)线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q为0.75C;
(3)若线框进入磁场过程中F做功为WF=0.27J,求在此过程中线框产生的焦耳热Q为0.12J.
解析
解:
(1)由图象分析可知:
当t=0时刻,
力F0=BI0L+ma=0.3N
此时电流
当t=0.5s时刻,
力F1=BI1L+ma=0.4N
此时电流
当t=0.5s后,力F2=ma=0.2N
联立方程并求解得:B=0.5T,v1=2m/s
(2)根据题意:
平均电流
平均电动势
磁通量的变化量△Φ=B△S
面积变化量
代入数据并整理得:q=0.75c
(3)根据功能关系得:WF=Q+△EK
动能增量
整理得:Q=0.12J
答:(1)匀强磁场的磁感应强度B为0.5T;
(2)线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q为0.75C;
(3)若线框进入磁场过程中F做功为WF=0.27J,求在此过程中线框产生的焦耳热Q为0.12J.
如图所示,一个半径为L的半圆形硬导体AB以速度v在水平U形框架上匀速滑动,匀强磁场的磁感应强度为B,回路电阻为R0,半圆形硬导体AB的电阻为r,其余电阻不计,则半圆形导体AB切割磁感线产生的感应电动势的大小为______,A、B之间的电势差为______.
正确答案
2BLv
解析
解:半圆形导体AB切割磁感线的有效长度是2L,
根据法拉第电磁感应定律则,感应电动势为:E=B•2L•v=2BLv
A、B之间的电势差为:U==
故答案为:2BLv,.
如图所示,在置于匀强磁场中的平行导轨上,横跨在两导轨间的导体杆PQ以速度v向右匀速移动,已知磁场的磁感强度为B、方向垂直于导轨平面(即纸面)向外,导轨间距为l,闭合电路acQPa中除电阻R外,其他部分的电阻忽略不计,则( )
正确答案
解析
解:A、导体棒切割磁感线产生感应电动势为:E=Blv,故A错误;
B、电路中的感应电流为:I==
,故B正确;
C、D由右手定则可知,PQ中感应电流从P流向Q,则电阻R中感应电流从c流向a,故C正确,D错误;
故选:BC.
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