- 电磁感应
- 共4515题
如图所示,平行金属导轨与水平面间的倾角为θ,导轨电阻不计,与阻值为R的定值电阻相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面,磁感应强度为B.有一质量为m、长为l的导体棒从ab位置获得沿斜面向上、大小为v的初速度向上运动,最远到达a′b′的位置,滑行的距离为s,导体棒的电阻也为R,与导轨之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,则在导体棒上滑的过程中( )
正确答案
解析
解:A、导体棒刚开始向上运动时所受的安培力最大,由E=BLv、I=、FA=BIL得到最大安培力为FA=
.故A错误.
B、导体棒上滑的过程中,根据动能定理得知:外力对导体棒做的总功为-mv2.故B错误.
C、上滑的过程中导体棒的动能减小mv2,重力势能增加mgs sinθ,所以导体棒损失的机械能为
mv2-mgssinθ,由于除摩擦力外,还有安培力做功,所以导体棒损失的机械能大于μmgscosθ.故C错误.
D、根据能量守恒可知,上滑过程中导体棒的动能减小,转化为焦耳热、摩擦生热和重力势能,则电阻R上产生的焦耳热为Q=[(
mv2-mgs(sinθ+μcosθ)]=
mv2-
mgs(sinθ+μcosθ).故D正确.
故选:D
如图所示,宽20cm的平行金属导轨之间接有两个电阻和一个电容器.已知R1=3Ω,R2=7Ω,C=10μF,电阻r=1Ω的金属棒ab垂直导轨放置,与导轨接触良好.若金属棒始终以v0=10m/s的速度匀速向左运动,在它运动的区域里存在着垂直导轨平面、磁感强度B=2.0T的匀强磁场.若电键K原来置于R1一边,现突然扳向R2一边,则此过程中导轨cd一段中通过的电量△q=______,正电荷移动的方向是______.
正确答案
5×10-6C
c指向d
解析
解:当ab以速度v0匀速向左运动时,产生感应电动势E=BLV=2×0.2×10=4V,当开关置于R1时,电容与电阻R1并联,两端电压由闭合电路的欧姆定律可知:,当开关置于R2时,电容与电阻R2并联,两端电压由闭合电路的欧姆定律可知:
,故电容器的电压前后变化△U=UC-UC2=1-0.5=0.5V,由Q=△UC得:Q=△UC=0.5×10×10-6=5×10-6C,根据右手定则可知,电容器的上极板带正电,电容器的电压减小,带电量减小,故电流由c指向d,即正电荷由c指向d;
故答案为:5×10-6C、c指向d
如图所示,xOy平面内有一半径为R的圆形区坻区域内有磁感应强度大小为B的匀强磁场,左半圆磁场方向垂直于xOy平面向里,右半圆磁场方向垂直于xOy平面向外.一平行于y轴的长导体棒ab以速度v沿X轴正方向做匀速运动,则导体棒ab两端的感应电动势E(取a-b为电动势的正方向)与导体棒位置x关系的图象是( )
正确答案
解析
解:在0-R过程中,有效的切割长度为L=2,感应电动势大小为E=BLv=2Bv
.由楞次定律判断得知,感应电动势的方向为a到b,为正值.
在R-2R过程中,有效的切割长度为L=2,感应电动势大小为E=BLv=2Bv
.由楞次定律判断得知,感应电动势的方向为b到a,为负值.
由数学知识分析得知,A图正确.
故选A
如图所示,水平面内两根光滑的平行金属导轨,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,质量一定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并依次通过位置b和c.若导轨与金属棒的电阻不计,a到b与b到c的距离相等,则下列关于金属棒在运动过程中的说法正确的( )
正确答案
解析
解:A、金属棒从a位置由静止开始向右做匀加速运动,根据v2=2ax知,通过b、c两个位置的速度比为1:,根据E=BLv知,产生的电动势之比为1:
,根据P=
知,电阻R的电功率之比为1:2.故A正确.
B、电动势之比为1:,所以电流比为1:
,则安培力之比为1:
,根据牛顿第二定律,有F-FA=ma,FA=F-ma,所以外力F的大小之比不等于1:
.故B错误.
C、根据能量守恒定律,热量Qab==Fxab-maxab.
同理Qbc=Fxbc-maxbc,加速度相等,ab、bc的位移相等,但F不等,所以产生的热量不等.故C错误.
D、由q=,△Φab=△Φbc,则qab=qbc,故D错误.
故选A.
如图所示,一直角三角形金属框,向左匀速地穿过一个方向垂直于纸面向内的匀强磁场,磁场仅限于三角形边界所围的区域内,该区域的形状与金属框完全相同,且金属框的下边与磁场区域的下边在一条直线上.若取顺时针方向为电流的正方向,则金属框穿过磁场过程的感应电流i随时间t变化的图象是下图所示的( )
正确答案
解析
解:设直角三角形右下角为α.
金属框进入磁场的过程,感应电动势为 E=BLv,L=vttanα,则得 E=Bv2t•tanα,感应电流大小:i=∝t,
由楞次定律判断得知:感应电流为逆时针方向,是负值;
金属框穿出磁场的过程,感应电动势为:E=BLv,L=[L0-v(t-)]tanα=(2L0-vt)tanα
L0是三角形底边的长度,则得:
E=B(2L0-vt)v•tanα,
感应电流大小:i=,由楞次定律判断得知:感应电流为顺时针方向,是正值;由数学知识可知C图象正确.
故选:C.
(2015秋•诸暨市校级期末)如图所示abcd为一竖直放置的正方形导线框,其平面与匀强磁场方向垂直.导线框沿竖直方向从磁场上边界开始下落,直到ab边出磁场(已知磁场高度大于导线框边长),则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、线框在进入磁场的过程中,通过线框导线横截面积的电荷量q=It=
而线框在离开磁场的过程中,线圈的面积相等,所以通过线框导线横截面积的电荷量仍为q=It=,故A正确;
B、线圈进入磁场和离开磁场的过程中导体内产生的电热,即为安培力做功,由于安培力大小不相等,所以产生热量也不等,故B错误;
C、线圈从进入磁场到完全离开磁场的过程中,线圈重力势能减小转化为导体内产生的电热与线框的动能,所以不可能相等,故C错误;
D、根据F=BIL,I=,E=BLv,则有
,即有B2v=ρ密gρ电,下落的速度与匝数无关.故D错误;
故选:A
如图所示,宽度为L的足够长的平行金属导轨MN、PQ的电阻不计,垂直导轨水平放置一质量为m电阻为R的金属杆CD,整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中,导轨平面与水平面之间的夹角为θ,金属杆由静止开始下滑,动摩擦因数为μ,下滑过程中重力的最大功率为P,求磁感应强度的大小.
正确答案
解:当杆匀速下滑时,速度最大,重力的功率达到最大,设最大速度为v.由能量守恒定律得
mgsinθ•v=μmgcosθv+
又由题,P=mgsinθ•v
联立解得,B=
答:磁感应强度的大小为
解析
解:当杆匀速下滑时,速度最大,重力的功率达到最大,设最大速度为v.由能量守恒定律得
mgsinθ•v=μmgcosθv+
又由题,P=mgsinθ•v
联立解得,B=
答:磁感应强度的大小为
如图所示,MN为金属杆,在竖直平面内贴着光滑金属导轨下滑,导轨的间距l=10cm,导轨上端接有电阻R=0.5Ω,导轨与金属杆电阻不计,整个装置处于B=0.5T的水平匀强磁场中.若杆稳定下落时,每秒钟有0.02J的重力势能转化为电能,则MN杆的下落速度v=______m/s.
正确答案
2
解析
解:杆稳定下落时做匀速运动,重力的功率等于电路的电功率,设重力的功率为P,
由题意有:P=0.02W…①
根据功能关系有:
P=…②
由法拉第电磁感应定律得:E=Blv… ③
联立①、②、③得:P=
代入数据得:v=2m/s
故答案为:2.
如图所示,两水平虚线ef、gh之间存在垂直纸面向外的匀强磁场,一质量为m、电阻为R的正方形铝线框abcd从虚线ef上方某位置由静止释放,线框运动中ab始终是水平的,已知两虚线ef、gh间距离大于线框边长,则从开始运动到ab边到达gh线之前的速度随时间的变化关系图象合理的是( )
正确答案
解析
解:AB、线框先做自由落体运动,由线框宽度小于磁场的宽度可知,当ab边进入磁场且cd边未出磁场的过程中,磁通量不变,没有感应电流产生,不受安培力,则线框的加速度与线框自由下落时一样,均为g.若cd边刚好匀速进入磁场,mg=F安=,ab边进入磁场后线框又做匀加速运动,cd边出磁场后减速,当达到上述匀速的速度后又做匀速运动,即线框出磁场时的速度不可能小于进入磁场时的速度,故A、B错误;
CD、若cd边减速进入磁场,线框全部进入后做匀加速运动,达到进磁场的速度时不可能匀速.若cd边加速进入磁场,全部进入后做匀加速运动,当cd边出磁场时线框有可能加速、匀速、减速,故C错误,D正确.
故选:D
如图所示,线圈abcd每边长l=0.20m,线圈质量m1=0.10kg、电阻R=0.10Ω,砝码质量m2=0.14kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度B=0.5T,方向垂直线圈平面向里,磁场区域的宽度为h=l=0.20m.砝码从某一位置下降,使ab边进入磁场开始做匀速运动.求:
(1)线圈做匀速运动的速度大小?
(2)穿过磁场区域过程中线圈产生的总热量是多少?(设线圈穿过磁场过程中没有与滑轮相碰)
正确答案
解:(1)该题的研究对象为线圈,线圈在匀速上升时受到的安培力F安、绳子的拉力T和重力m1g相互平衡,即T=F安+m1g…①
砝码受力也平衡:T=m2g…②
线圈匀速上升,在线圈中产生的感应电流I=,…③
因此线圈受到向下的安培力F安=BIl…④
联解①②③④式得v=…⑤
代入数据解得:v=4 m/s…⑥
(2)线圈匀速上升,上升的时间为t=…⑦
由焦耳定律得Q=I2Rt…⑧
联解③⑥⑦⑧并代入数据得:Q=0.16 J.
答:(1)线圈做匀速运动的速度大小4m/s;
(2)穿过磁场区域过程中线圈产生的总热量是0.16J.
解析
解:(1)该题的研究对象为线圈,线圈在匀速上升时受到的安培力F安、绳子的拉力T和重力m1g相互平衡,即T=F安+m1g…①
砝码受力也平衡:T=m2g…②
线圈匀速上升,在线圈中产生的感应电流I=,…③
因此线圈受到向下的安培力F安=BIl…④
联解①②③④式得v=…⑤
代入数据解得:v=4 m/s…⑥
(2)线圈匀速上升,上升的时间为t=…⑦
由焦耳定律得Q=I2Rt…⑧
联解③⑥⑦⑧并代入数据得:Q=0.16 J.
答:(1)线圈做匀速运动的速度大小4m/s;
(2)穿过磁场区域过程中线圈产生的总热量是0.16J.
(2015秋•淄博校级期末)如图所示,平行导轨倾斜放置,倾角θ=37°,匀强磁场的方向垂直于导轨平面向上,磁感应强度B=4T,质量为m=2kg的金属棒ab垂直放在导轨上,ab与导轨平面间的动摩擦因数μ=0.25.ab的电阻r=1Ω,平行导轨间的距离L=1m,R1=R2=18Ω,导轨电阻不计,ab由静止开始下滑运动x=3.5m后达到匀速.sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
(1)ab在导轨上匀速下滑的速度多大?
(2)ab匀速下滑时ab两端的电压为多少?
(3)ab由静止到匀速过程中电阻R1产生的焦耳热Q1为多少?
正确答案
解:(1)ab棒匀速下滑时,有 mgsin37°=μmgcos37°+FB
又 FB=BIL
I=
E=BLv
则得 FB=
式中 R==9Ω
解得v==
=5m/s
(2)由E=Blv,解得E=4×1×5V=20V
由I=,解得I=
A=2A
由U=E-Ir,解得ab两端的电压为U=18V
(3)根据动能定理得:mgsin37°x-μmgcos37°x+W安=
又W安=-Q
代入解得Q=3J
则电阻R1产生的焦耳热Q1=×
Q=
×3J=1.35J
答:
(1)ab在导轨上匀速下滑的速度是5m/s.
(2)ab匀速下滑时ab两端的电压为18V.
(3)ab由静止到匀速过程中电阻R1产生的焦耳热Q1为1.35J.
解析
解:(1)ab棒匀速下滑时,有 mgsin37°=μmgcos37°+FB
又 FB=BIL
I=
E=BLv
则得 FB=
式中 R==9Ω
解得v==
=5m/s
(2)由E=Blv,解得E=4×1×5V=20V
由I=,解得I=
A=2A
由U=E-Ir,解得ab两端的电压为U=18V
(3)根据动能定理得:mgsin37°x-μmgcos37°x+W安=
又W安=-Q
代入解得Q=3J
则电阻R1产生的焦耳热Q1=×
Q=
×3J=1.35J
答:
(1)ab在导轨上匀速下滑的速度是5m/s.
(2)ab匀速下滑时ab两端的电压为18V.
(3)ab由静止到匀速过程中电阻R1产生的焦耳热Q1为1.35J.
如图所示,矩形线圈从匀强磁场中匀速拉出,第一次速度为v,第二次速度为2v,则第一、二次外力做功之比为______;功率之比为______;通过导线的电量之比为______.
正确答案
1:2
1:4
1:1
解析
解:线框匀速运动,外力与安培力大小,公式为 F=,外力做功为 W=FL′=
L′,则知W∝v,所以第一、二次外力做功之比为1:2.
外力的功率 P=Fv=,P∝v2,则知功率之比为1:4.
据q=知两次线框磁通量的变化量相等,则电量相同.
故答案为:1:2,1:4,1:1.
(2015•滕州市校级模拟)有人设计了一种可测速的跑步机,测速原理如图所示.该机底面固定有间距为L、长度为d的平行金属电极.电极间充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,且接有电压表和电阻R.循环绝缘橡胶带上镀有n根间距为d的平行细金属条,磁场中始终仅有一根金属条,且与电极接触良好,金属条电阻为r.若橡胶带匀速运动时,电压表读数为U,设人与跑步机间无相对滑动,求:
(1)橡胶带匀速运动的速率;
(2)橡胶带克服安培力做功的功率;
(3)若人经过较长时间跑步距离为s(s»nd),则流过每根金属条的电量q为多少.
正确答案
解:(1)由闭合电路欧姆定律可知,
电路电流:I=,
电压:U=IR,
感应电动势:E=BLv,
解得:v=;
(2)克服安培力做功功率,即电功率:
PA=I2(R+r),I=,
解得:PA=()2(R+r);
(3)总电荷量:q总==
,
流过每根金属条的电荷量:q==
;
答:(1)橡胶带匀速运动的速率;(2)橡胶带克服安培力做功的功率(
)2(R+r);(3)流过每根金属条的电量q为
.
解析
解:(1)由闭合电路欧姆定律可知,
电路电流:I=,
电压:U=IR,
感应电动势:E=BLv,
解得:v=;
(2)克服安培力做功功率,即电功率:
PA=I2(R+r),I=,
解得:PA=()2(R+r);
(3)总电荷量:q总==
,
流过每根金属条的电荷量:q==
;
答:(1)橡胶带匀速运动的速率;(2)橡胶带克服安培力做功的功率(
)2(R+r);(3)流过每根金属条的电量q为
.
如图所示,固定在水平桌面上的光滑金属杆cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中,金属杆ab接触良好,在端点de之间连接一电阻R,其他部分电阻不计.现用水平向右的力F作用在ab杆上,使金属杆从静止开始做匀加速运动,则能定性表示力F与时间t的关系及线框中感应电流的瞬时功率与位移X的关系的是(以向右为正方向)( )
正确答案
解析
解:设导轨宽度为L,磁场大小为B,金属杆运动的加速度为a,金属杆某时刻的速度为V,
则金属杆受到的安培力为:F安=BIL=BL ①
由于金属杆从静止开始做匀加速运动,所以某时刻的速度:V=at ②
把②代入①整理:F安=
当棒处于匀速时棒受力平衡,所以拉力F=F安=,即F与时间t成正比例,故B正确,A错误.
线框中感应电流的瞬时功率:P=I2R═()2 R=
=
=
所以功率与位移成正比,故C正确.
故选:BC
如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m,导轨平面与水平面成θ=37°角,下端连接阻值为R的电阻.匀强磁场方向与导轨平面垂直.质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数为0.25.(g取10rn/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
(1)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8W,求该速度的大小;
(2)在上问中,若R=2Ω,金属棒中的电流方向由a到b,求磁感应强度的大小与方向.
正确答案
解:(1)设金属棒运动达到稳定时,速度为v,所受安培力为F,棒在沿导轨方向受力平衡,有
mgsinθ-μmgcosθ-F=0
此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率:Fv=P
由以上两式解得:
v==
=10m/s
(2)设电路中电流为I,两导轨间金属棒的长为l,磁场的磁感应强度为B,则哟:
I=
P=I2R
由以上两式解得:
磁场方向垂直导轨平面向上
答:(1)该速度的大小为10m/s.
(2)磁感应强度的大小为0.4T,方向垂直导轨平面向上.
解析
解:(1)设金属棒运动达到稳定时,速度为v,所受安培力为F,棒在沿导轨方向受力平衡,有
mgsinθ-μmgcosθ-F=0
此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率:Fv=P
由以上两式解得:
v==
=10m/s
(2)设电路中电流为I,两导轨间金属棒的长为l,磁场的磁感应强度为B,则哟:
I=
P=I2R
由以上两式解得:
磁场方向垂直导轨平面向上
答:(1)该速度的大小为10m/s.
(2)磁感应强度的大小为0.4T,方向垂直导轨平面向上.
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