- 电磁感应
- 共4515题
如图1所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置,其宽度L=1m,一匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M与P之间连接阻值为R=0.40Ω的电阻,质量为m=0.01kg、电阻为r=0.30Ω的金属棒ab紧贴在导轨上.现使金属棒ab由静止开始下滑,下滑过程中ab始终保持水平,且与导轨接触良好,其下滑距离x与时间t的关系如图2所示,图象中的OA段为曲线,AB段为直线,导轨电阻不计,g=10m/s2(忽略ab棒运动过程中对原磁场的影响),试求:
(1)当t=1.5s时,重力对金属棒ab做功的功率;
(2)金属棒ab在开始运动的1.5s内,电阻R上产生的热量;
(3)磁感应强度B的大小.
正确答案
解:(1)由x-t图象求得t=1.5s时金属棒的速度为v==
t=1.5s时,重力对金属棒ab做功的功率为P=mgv=0.01×10×7W=0.7W.
(2)金属棒ab在开始运动的1.5s内,金属棒的重力势能减小转化为金属棒的动能和电路的内能.设电路中产生的总焦耳热为Q,根据能量守恒定律得
mgx=+Q
代入解得Q=0.455J
由焦耳定律得R中发热QR=I2Rt,金属棒ab发热Qr=I2rt,则QR:Qr=R:r=4:3
又QR+Qr=Q
解得QR=0.26J
(3)金属棒匀速运动时所受的安培力大小为F=BIL,而I=,E=BLv
得到F=
根据平衡条件得F=mg
则有=mg
代入解得B=0.1T
答:
(1)当t=1.5s时,重力对金属棒ab做功的功率为0.7W.
(2)金属棒ab在开始运动的1.5s内,电阻R上产生的热量为0.26J;
(3)磁感应强度B的大小为0.1T.
解析
解:(1)由x-t图象求得t=1.5s时金属棒的速度为v==
t=1.5s时,重力对金属棒ab做功的功率为P=mgv=0.01×10×7W=0.7W.
(2)金属棒ab在开始运动的1.5s内,金属棒的重力势能减小转化为金属棒的动能和电路的内能.设电路中产生的总焦耳热为Q,根据能量守恒定律得
mgx=+Q
代入解得Q=0.455J
由焦耳定律得R中发热QR=I2Rt,金属棒ab发热Qr=I2rt,则QR:Qr=R:r=4:3
又QR+Qr=Q
解得QR=0.26J
(3)金属棒匀速运动时所受的安培力大小为F=BIL,而I=,E=BLv
得到F=
根据平衡条件得F=mg
则有=mg
代入解得B=0.1T
答:
(1)当t=1.5s时,重力对金属棒ab做功的功率为0.7W.
(2)金属棒ab在开始运动的1.5s内,电阻R上产生的热量为0.26J;
(3)磁感应强度B的大小为0.1T.
如图两光滑的平行导轨与水平方向成θ固定,导轨的下端接有如图所示的电源,一劲度系数为k的轻质弹簧固定在导轨的顶端,下端栓接一导体棒,将整个装置置于垂直导轨平面向上的匀强磁场中,已知导轨的间距为L,当开关闭合后,导体棒平衡时,回路中的电流为I,弹簧的伸长量为x1,如果使电源反接,闭合开关后,导体棒再次平衡时,回路中的电流仍为I,弹簧的伸长量为x2,电流产生的磁场可忽略不计,则匀强磁场的磁感应强度为( )
正确答案
解析
解:弹簧伸长量为x1时,导体棒所受安培力沿斜面向上,根据平衡条件沿斜面方向有:
mgsinα=kx1+BIL…①
电流反向后,导体棒所受安培力沿斜面向下,根据平衡条件沿斜面方向:
mgsinα+BIL=kx2…②
联立两式得:B=(x2-x1)
故选:D.
有一个垂直于纸面的匀强磁场,它的边界MN左侧为无场区,右侧是匀强磁场区域,如图(甲)所示,现让一个金属线框在纸平面内以垂直于MN的恒定速度从MN左侧进入匀强磁场区域,线框中的电流随时间变化的i-t图象如图(乙)所示,则进入磁场区域的金属线框可能是图中的:( )
正确答案
解析
解:导体棒切割磁感线产生的感应电动势E=BLv,设线框总电阻是R,则感应电流I=,由图乙所示图象可知,感应电流先均匀变大,后恒定,最后均匀减小,由于B、v、R是定值,则导体棒的有效长度L应先变长,后恒定,最后均匀减小,且L随时间均匀变化,即L与时间t成正比.
A、闭合圆环匀速进入磁场时,有效长度L先变大,后变小,但L不随时间均匀变化,不符合题意,故A错误;
B、六边形线框进入磁场时,有效长度L先均匀增大,后恒定,最后均匀减小,符合题意,故B正确;
C、梯形线框匀速进入磁场时,有效长度L先均匀增加,后不变,最后均匀减小,符合题意,故C正确;
D、三角形线框匀速进入磁场时,有效长度L先增加,后减小,且随时间均匀变化,不符合题意,故D错误;
故选:BC.
如图所示,电阻为R,其他电阻均可忽略,ef是一电阻不计的水平放置的导体棒,质量为m,棒的两端分别与ab、cd保持良好的接触,又能沿框架无摩擦下滑,整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中,当ef从静止下滑一段时间后闭合S,则S闭合后( )
正确答案
解析
解:A、B当ef从静止下滑一段时间后闭合S,ef将切割磁感线产生感应电流,受到竖直向上的安培力,若安培力大于2mg,则由牛顿第二定律得知,ef的加速度大小可能大于g.若安培力小于mg,则ef的加速度大小可能小于g.故A正确,B错误.
C、棒达到稳定速度时一定做匀速运动,由mg=,则得 v=
,可见稳定时速度v与开关闭合的先后无关.故C错误;
D、在整个过程中,只有重力与安培力做功,因此棒的机械能与电路中产生的电能是守恒的.故D正确;
故选AD
如图甲所示,在竖直方向上有四条间距相等的水平虚线L1、L2、L3、L4,在L1L2之间、L3L4之间存在匀强磁场,大小均为1T,方向垂直于虚线所在平面.现有一矩形线圈abcd,宽度cd=L=0.5m,质量为0.1kg,电阻为2Ω,将其从图示位置静止释放(cd边与L1重合),速度随时间的变化关系如图乙所示,t1时刻cd边与L2重合,t2时刻ab边与L3重合,t3时刻ab边与L4重合,已知t1~t2的时间间隔为0.6s,整个运动过程中线圈平面始终处于竖直方向.(重力加速度g取10m/s2)则( )
正确答案
解析
解:A、在0~t1时间内,cd边从L1运动到L2,通过线圈的电荷量为:q=t=
t=
=0.25C.故A错误.
B、根据平衡有:mg=BIL
而I=
联立两式解得:v==8m/s.故B正确.
C、t1~t2的时间间隔内线圈一直做匀加速直线运动,知ab边刚进上边的磁场时,cd边也刚进下边的磁场.设磁场的宽度为d,则线圈的长度:
L′=2d
线圈下降的位移为:x=L′+d=3d,
则有:3d=vt-gt2,
将v=8m/s,t=0.6s,
代入解得:d=1m,
所以线圈的长度为L′=2d=2m.故C错误.
D、0~t3时间内,根据能量守恒得:Q=mg(3d+2d)-mv2=0.1×10×(3+2)-
×0.1×82=1.8J.故D正确.
故选:BD
如图所示,两根足够长光滑平行金属导轨PQ、MN倾斜固定,倾角为θ=30°,相距为L,导轨处于磁感应强度为B、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场中.有两根质量均为m的金属棒a、b,先将a棒垂直导轨放置,用跨过光滑定滑轮的细线与小球c连接,连接a棒的细线平行于导轨,由静止释放c,此后某时刻,将b棒也垂直导轨放置在导轨上,b刚好能静止.a棒在运动过程中始终与导轨垂直,两棒与导轨接触良好,导轨电阻不计,重力加速度为g.则( )
正确答案
解析
解:AC、以b棒为研究对象,由于该棒静止,所以:mgsin30°=BIL
所以:I=
据以上可知,a棒做匀速运动,所以在斜面的方向上:BIL+mgsin30°=mcg
联立以上得:mc=m,故AC 正确;
B、b棒放上导轨前,金属棒a中无电流,以ac两棒为研究对象,据牛顿第二定律得:mg-mgsin30°=2ma,所以a=0.25g,故B正确.
D、据能量守恒可知:b棒放上导轨后,小球c减少的重力势能等于回路消耗的电能和ab棒的重力势能之和,故D错误.
故选:ABC.
两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,杆与水平和竖直导轨之间有相同的动摩擦因数μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R. 整个装置处于磁感应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在平行于水平导轨的拉力作用下沿导轨匀速运动时,cd杆也正好以某一速度向下做匀速运动.设运动过程中金属细杆ab、cd与导轨接触良好.重力加速度为g.求:
(1)ab杆匀速运动的速度v1;
(2)ab杆所受拉力F,
(3)ab杆以v1匀速运动时,cd杆 以v2(v2已知)匀速运动,则在cd杆向下运动h过程中,整个回路中产生的焦耳热为多少?
正确答案
解:(1)ab杆向右运动时,ab杆中产生的感应电动势方向为a→b,
大小为E=BLv1
cd杆中的感应电流方向为d→c.cd杆受到的安培力方向水平向右
安培力大小为
cd杆向下匀速运动,有mg=μF安②
解①、②两式,ab杆匀速运动的速度为
(2)ab杆所受拉力
(3)设cd杆以v2速度向下运动h过程中,ab杆匀速运动了s距离
∵.
整个回路中产生的焦耳热等于克服安培力所做的功
解得:
答:(1)ab杆匀速运动的速度;
(2)ab杆所受拉力力,
(3)ab杆以v1匀速运动时,cd杆 以v2(v2已知)匀速运动,则在cd杆向下运动h过程中,整个回路中产生的焦耳热为.
解析
解:(1)ab杆向右运动时,ab杆中产生的感应电动势方向为a→b,
大小为E=BLv1
cd杆中的感应电流方向为d→c.cd杆受到的安培力方向水平向右
安培力大小为
cd杆向下匀速运动,有mg=μF安②
解①、②两式,ab杆匀速运动的速度为
(2)ab杆所受拉力
(3)设cd杆以v2速度向下运动h过程中,ab杆匀速运动了s距离
∵.
整个回路中产生的焦耳热等于克服安培力所做的功
解得:
答:(1)ab杆匀速运动的速度;
(2)ab杆所受拉力力,
(3)ab杆以v1匀速运动时,cd杆 以v2(v2已知)匀速运动,则在cd杆向下运动h过程中,整个回路中产生的焦耳热为.
如图所示,宽度为d的有界匀强磁场竖直向下穿过光滑的水平桌面,一质量为m的椭圆形导体框平放在桌面上,椭圆的长轴平行磁场边界,短轴小于d.现给导体框一个初速度v0(v0垂直磁场边界),已知导体框全部在磁场中的速度为v,导体框全部出磁场后的速度为v1;导体框进入磁场过程中产生的焦耳热为Q1,导体框离开磁场过程中产生的焦耳热为Q2.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、导线框离开磁场时,磁通量减小,根据楞次定律得,感应电流的方向为顺时针方向.故A正确.
B、导线框在进出磁场时,速度变化,则感应电动势变化,产生的感应电流变化,则所受的安培力变化,根据牛顿第二定律知,加速度变化,导线框做的变减速运动.故B错误.
C、因为进磁场时的速度大于出磁场时的速度,则进磁场时产生的电流要比出磁场时产生的电流大,根据克服安培力做功知,Q1>Q2.故C正确.
D、根据能量守恒定律知,线框动能的减小量全部转化为焦耳热,则.故D正确.
故选ACD.
如图所示,电动机M牵动一根原来静止的长L=1m、质量m=0.1kg的导体棒AB,其电阻R=1Ω,导体棒架在竖直放置的框架上,一匀强磁场磁感应强度为B=1T,方向垂直框架所在平面.导体棒在电动机所带绳子拉力的作用下从静止开始上升一定高度时获得稳定的速度.电动机牵动棒时,伏特表、安培表的读数分别为U=7V,I=1A,电动机内阻r=1Ω.不计框的电阻及一切摩擦,则棒的稳定速度是______m/s.
正确答案
2
解析
解:电动机输入功率P1=IU=7W ①
电动机输出功率使MN棒增加重力势能,并产生感应电流伴随着内能.
金属棒受到的安培力:F=BIL=BL×=
②
电动机输出功率P2=(mg+F)v ③
由能量守恒得P1-I2rM=P2 ④
由①②③④且代入数据得:v=2m/s(v′=-3m/s舍去)
故答案为:2m/s
如图,闭合线圈固定在小车上,总质量为1kg.它们在光滑水平面上,以10m/s的速度进入与线圈平面垂直、磁感应强度为B的水平有界匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.已知小车运动的速度v随车的位移s变化的ν-s图象如图所示.则( )
正确答案
解析
解:A.闭合线圈在进入或离开磁场时的位移即为线圈的长度,线圈进入或离开磁场时受安培力作用,将做减速运动,由乙图可知,L=15cm-5cm=10cm,故A正确;
B.磁场的宽度等于线圈刚进入磁场到刚离开磁场时的位移,由乙图可知,5-15cm是进入的过程,15-30cm是完全在磁场中运动的过程,30-40cm是离开磁场的过程,所以d=30cm-5cm=25cm,故B错误;
C.根据F=BIL及I=得:F=
,进入磁场过程,由于线圈受到向左的安培力的阻碍,线圈做减速运动,v减小,F减小,加速度a减小,所以线圈做的不是匀加速运动,而是变减速运动,故C错误;
D.线圈通过磁场过程中运用动能定理得:mv22-
mv12=W安,由乙图可知v1=10m/s,v2=2m/s,带入数据得:W安=-48J,所以克服安培力做功为48J,即线圈通过磁场过程中产生的热量为48J,故D正确.
故选:AD.
如图所示,电阻均是R的导体ab和cd用电阻不计的导轨组成距形线框,并处在磁感强度为B,方向垂直线框平面的匀强磁场中,电阻也为R的导体MN在导轨上以速度v沿导轨匀速运动,已知ac与bd相距为L,通过ab的感应电流大小为______.
正确答案
解析
解:电路中总电阻为:R总==
;
导体的电动势为:E=BLv;
电路中的电流I=;
由并联电路的分流规律可知:
ab中的电流为:I′==
;
故答案为:
如图所示,水平面内两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.今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初速度为零的匀加速运动,依次通过位置b和c.若导轨与金属棒的电阻不计,ab与bc的距离相等,关于金属棒在运动过程中的有关说法正确的是( )
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:,由闭合电路欧姆定律得知感应电流之比为1:
,由公式F=BIL可知安培力之比为1:
,故A正确.
B、通过b、c两个位置的速度比为1:,根据P=
知,电阻R的电功率之比为1:2.故B正确.
C、电荷量q=,因为△Φab=△Φbc,则qab=qbc,则通过金属棒横截面的电荷量之比为1:1,故C正确.
D、根据能量守恒定律,热量Qab=Fxab-mvb2,又vb2=2axab,则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D错误.
故选:ABC.
如图所示,倾角θ=30°、宽度L=1m的足够长为U形平行光滑金属导轨固定在磁感应强度B=1T、范围充分大的匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面斜向上.现用一平行导轨的牵引力F,牵引一根质量m=0.2kg、电阻R=1Ω、垂直导轨的金属棒ab,由静止沿导轨向上移动(ab棒始终与导轨接触良好且垂直,不计导轨电阻及一切摩擦).问:
(1)若牵引力为恒力,且F=9N,求金属棒达到的稳定速度v1
(2)若牵引力功率恒为72W,求金属棒达到的稳定速度v2
(3)若金属棒受向上拉力在斜面导轨上达到某一速度时,突然撒力,此后金属棒又前进了0.48m,其间,即从撒力至棒速为0时止,金属棒发热1.12J.问撒力时棒速v3多大?
正确答案
解:(1)恒力拉动到匀速时:
由平衡方程:F=mgsinθ+BIL
9=mgsinθ+
解得υ1=8m/s
(2)恒功率拉动到匀速时:
平衡方程,F==mgsinθ+
得υ2=8m/s (υ2=-9m/s舍去)
(3)设撤力后棒向前滑行的最大距离为S,此过程发热Q,则
mυ32=mgSsinθ+Q
解得:υ3=4m/s
答:(1)若牵引力为恒力,且F=9N,则金属棒达到的稳定速度8m/s;
(2)若牵引力功率恒为72W,则金属棒达到的稳定速度8m/s;
(3)若金属棒受向上拉力在斜面导轨上达到某一速度时,突然撒力,此后金属棒又前进了0.48m,其间,即从撒力至棒速为0时止,金属棒发热1.12J.则撒力时棒速v3为4m/s.
解析
解:(1)恒力拉动到匀速时:
由平衡方程:F=mgsinθ+BIL
9=mgsinθ+
解得υ1=8m/s
(2)恒功率拉动到匀速时:
平衡方程,F==mgsinθ+
得υ2=8m/s (υ2=-9m/s舍去)
(3)设撤力后棒向前滑行的最大距离为S,此过程发热Q,则
mυ32=mgSsinθ+Q
解得:υ3=4m/s
答:(1)若牵引力为恒力,且F=9N,则金属棒达到的稳定速度8m/s;
(2)若牵引力功率恒为72W,则金属棒达到的稳定速度8m/s;
(3)若金属棒受向上拉力在斜面导轨上达到某一速度时,突然撒力,此后金属棒又前进了0.48m,其间,即从撒力至棒速为0时止,金属棒发热1.12J.则撒力时棒速v3为4m/s.
如图所示,两光滑导轨相距为L,倾斜放置,与水平地面夹角为α,上端接一电容为C的电容器.导轨上有一质量为m长为L的导体棒平行地面放置,导体棒离地面的高度为h,磁感强度为B的匀强磁场与两导轨所决定的平面垂直,开始时电容器不带电.将导体棒由静止释放,整个电路电阻不计,则( )
正确答案
解析
解:A、设微小时间△t内电容器的带电量增加△q,I==
=
=CBLa ①,由牛顿第二定律得mgsinα-BIL=ma,解得:I=
②,由①②解得:a=
,故A错误,B正确;
C、导体棒做初速度为零的匀加速直线运动,由速度位移公式得:v2=2a,解得:v=
,故C正确;
D、在导体棒运动过程中,重力做功把重力势能转化为动能,克服安培力做功,把重力势能转化为电场能,因此导体棒下落中减少的重力势能转化为动能和电场能,机械能不守恒,故D错误;
故选:BC.
如图所示,单匝线圈abcd在外力作用下以速度v向右匀速进入匀强磁场,第二次以速度2v匀速进入同一匀强磁场.第一次与第二次线圈中感应电流之比为______,回路中产生的焦耳热之比为______.
正确答案
1:2
1:2
解析
解:设磁感应强度为B,正方形边长为L,线圈电阻为R;
线圈进入磁场过程中,产生的感应电动势 E=BLv,感应电流 I==
,则知感应电流I与速度v成正比,故第一次进入与第二次进入时线圈中电流之比:I1:I2=v:2v=1:2;
线圈进入磁场过程中产生的焦耳热:Q=I2Rt=()2•R•
=
,产生的焦耳热与速度成正比,则第一次进入与第二次进入时线圈中产生热量之比:
Q1:Q2=v:2v=1:2.
故答案为:1:2,1:2.
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