- 电磁感应
- 共4515题
如图所示,等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场,它的底边在x轴上且长为2L,高为L,纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域,在t=0时刻恰好位于如图所示的位置,以顺时针方向为导线框中电流的正方向,下面四幅图中能够正确表示导线框中的电流-位移(I-x)关系的是( )
正确答案
解析
解:位移在0~L过程:磁通量增大,由楞次定律判断感应电流方向为顺时针方向,为正值.
I=,
l=x
则I=x
位移在L~2L过程:磁通量先增大后减小,由楞次定律判断感应电流方向先为顺时针方向,为正值,后为逆时针方向,为负值,故ACD错误.
位移在2L~3L过程:磁通量减小,由楞次定律判断感应电流方向为逆时针方向,为负值.
I=(2L-x)
故选:B.
如图所示,水平放置的光滑平行金属导轨上有一质量为m的金属棒ab.导轨的一端连接电阻R,其他电阻均不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向下,金属棒ab在一个水平恒力F作用下由静止开始向右运动,则( )
正确答案
解析
解:
A、金属棒所受的安培力为:FA=BIL=,由牛顿第二定律得,金属棒的加速度:a=
,可知当棒的速度v增大,安培力增大,加速度减小,所以ab棒做加速度减小的变加速运动,故A错误.
B、根据能量守恒知,在ab棒加速运动的过程中,外力F对ab做的功等于电路中产生的电能以及ab棒获得的动能,故B错误.
C、当ab棒匀速运动时,外力做的功全部转化为电路中的电能,则外力F做功的功率等于电路中的电功率,故C正确.
D、无论ab棒做何种运动,克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能,故D错误.
故选:C.
如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中有固定的金属框架ABC,已知∠B=θ,导体棒DE在框架上从B点开始在外力作用下,沿垂直DE方向以速度v匀速向右平移,使导体棒和框架构成等腰三角形回路.设框架和导体棒材料相同,其单位长度的电阻均为R0,框架和导体棒均足够长,不计摩擦及接触电阻,关于回路中的电流I和电功率P随时间t变化的下列四个图象中可能正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B设框架运动时间为t时,通过的位移为x=vt,则连入电路的导体的长度为:2xtan,则回路的总电阻为:R=R0(2xtan
+
)
则电流与t的关系式为:I==
=
,式中各量均一定,则I为一定值,故A正确,B错误.
C、D运动x时的功率为:P=I2R=I2R0(2xtan+
),则P与x成正比,故C错误,D正确
故选:AD
(2015春•咸阳校级月考)将一个轻质矩形导体框从一个有理想边界的匀强磁场中垂直边界方向匀速拉出(如图线框平面垂直磁场方向),第一次以拉出的速度是第二次拉出速度的一半.则( )
正确答案
解析
解:A、线圈产生的感应电动势为 E=BLv,v越大,E越大,由法拉第电磁感应定律知,线圈的磁通量变化率越大,所以第二次线框磁通量变化率较大,故A错误.
B、在两情况下,由于位移相同,所以拉力的功与拉力成正比,而拉力与安培力相等,则拉力做的功与安培力成正比,而安培力与速度成正比,所以拉力做的功与速度成正比,即1:2,故B错误.
C、在两种情况下,由公式P=Fv知,拉力的功率等于拉力及速度的乘积成正比,所以功率之比为1:4.故C错误.
D、根据q=分析知,磁通量变化量相等,所以两次通过线框截面电量相同.故D正确.
故选:D.
如图所示,垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a,磁感应强度的大小为B.一边长为a、电阻为4R的 正方形均匀导线框CDEF从图示位置开始沿x轴正以速度v匀速穿过磁场区域,在图中给出的线框E、F两端的电压UEF与线框移动距离x的关系的图象正确的是( )
正确答案
解析
解:由楞次定律判断可知,在线框穿过磁场的过程中,E的电势始终高于F电势,则UEF为正值;EF和CD边切割磁感线时产生的感应电动势为E=Bav.
在0-a内,EF切割磁感线,EF的电压是路端电压,则UEF=;
在a-2a内,线框完全在磁场中运动,穿过线框的磁通量没有变化,不产生感应电流,则UEF=E=Bav;
在2a-3a内,E、F两端的电压等于路端电压的,则UEF=
=
Bav.故D正确.
故选:D
水平固定放置的足够长的U形金属导轨处于竖直向上的匀强磁场中,在导轨上放着金属棒ab,开始时ab棒以水平初速度v0向右运动,最后静止在导轨上,就导轨光滑和粗糙两种情况比较,这个过程( )
正确答案
解析
解:(1)导轨光滑时,导体棒的位移s大,导轨粗糙时,导体棒位移小,感应电荷量Q==
=
,B、R、导体棒长度L相同,s越大,感应电荷量越大,因此导轨光滑时,感应电荷量大.
(2)当导轨光滑时,金属棒克服安培力做功,动能全部转化为焦耳热,产生的内能等于金属棒的初动能;
当导轨粗糙时,金属棒在导轨上滑动,一方面要克服摩擦力做功,摩擦生热,把部分动能转化为内能,
另一方面要克服安培力做功,金属棒的部分动能转化为焦耳热,摩擦力做功产生的内能与克服安培力做功转化为内能的和等于金属棒的初动能;由以上分析可知,导轨粗糙时,安培力做的功少,导轨光滑时,安培力做的功多,两种情况下,产生的内能相等,都等于金属棒的初动能;故CD正确,AB错误;
故选CD.
材料、粗细相同,长度不同的电阻丝做成ab、cd、ef三种形状的导线,分别放在电阻可忽略的光滑金属导轨上,并与导轨垂直,如图所示,匀强磁场方向垂直导轨平面向内.外力使导线水平向右做匀速运动,且每次外力所做功的功率相同,已知三根导线在导轨间的长度关系是Lab<Lcd<Lef,则( )
正确答案
解析
解:A、三根导线长度不同,故它们连入电路的阻值不同,有Rab<Rcd<Ref.但它们切割磁感线的有效长度L相同,
根据P=Fv,I=,F=BIl,可得v2=
,所以三根导线的速度关系为:vab<vcd<vef,故A错误,B正确.
C、运动过程中外力做功全部转化为内能,由于拉力的功率相同,运动过程中拉力每秒做功相同,则三根导线每秒产生的热量相同,故C正确;
D、感应电动势:E=BLv,由于切割磁感线的有效长度L相同而导体棒的运动速度v不同,则它们产生的感应电动势不同,故D错误.
故选:BC.
如图所示,一正方形金属线框边长为a,从磁场上方某一高度、自由下落,磁场边界宽为3a,则线框从进入磁场到完全离开磁场的过程中,线框速度随时间变化的图象可能是下图中( )
正确答案
解析
解:A、金属框进入匀强磁场时,做减速运动,则重力小于所受安培力;根据安培力公式F=可知,出磁场时的速度大于进入磁场的速度,则出磁场时必定也做减速运动.故A错误;
B、金属框进入匀强磁场时,若重力与所受安培力平衡,做匀速直线运动;出磁场时的速度大于进入磁场的速度,则出磁场时必定做减速运动;由于安培力大于重力,所以速度减小时,线框所受的安培力减小,则合力减小,加速度减小,棒做加速度减小的减速运动,而不是加速度增大的减速运动.故B错误;
C、开始时棒的速度增大,根据安培力公式F=可知,速度增大时,线框所受的安培力增大,则合力减小,加速度减小,棒做加速度减小的加速运动;出磁场时棒做减速运动,由于安培力大于重力,所以速度减小时,线框所受的安培力减小,则合力减小,加速度减小,棒做加速度减小的减速运动.故C正确;
D、金属框进入匀强磁场时,若重力与所受安培力平衡,做匀速直线运动;出磁场时的速度大于进入磁场的速度,则出磁场时必定做减速运动.故D错误.
故选:C
如图甲所示,光滑绝缘水平桌面上直立一个单匝正方形导线框ABCD,线框的边长为L=0.4m、总电阻为R=0.1Ω.在直角坐标系xoy中,有界匀强磁场区域的下边界与x轴重合,上边界满足曲线方程y=0.2sin(m),场强大小B=0.2T.线框在沿x轴正方向的拉力F作用下,以速度v=10m/s水平向右做匀速直线运动,恰好拉出磁场.
(1)求线框中AD两端的最大电压;
(2)在图乙中画出运动过程中线框i-t图象,并估算磁场区域的面积;
(3)求线框在穿越整个磁场的过程中,拉力F所做的功.
正确答案
解:(1)当导线框运动到磁场中心线时,有两种情况,一是BC边,二是AD边,当AD边运动到磁场中心时,AD边上的电压最大.
Em=Bymv=0.2×0.2×10V=0.4V
Im==
=4A
则线框中AD两端的最大电压是Um==4×
V=0.3V
(2)BC边切割磁场的时间为=0.03s
此后,经t2时间,线框中无感应电流
=0.01s
AD边切割时间t3=t1=0.03s
在整个切割过程中,i-t图象如图所示.
由图象可知,每个小方格表示电量q=0.0005C
在图象中,图象与t轴所围区域共有小方格153个,故t1时间内通过线框某一截面的电量 Q=Nq=153×0.0005C=0.0765C
又Q==
得S==0.038m2
(3)在t1和t3时间内,通过线框的电流按正弦规律变化
电流的有效值为 I==
=2
A
由于线框做匀速运动,则根据功能关系得
W=I2R(t1+t3)=0.048J
答:(1)求线框中AD两端的最大电压是0.3V;
(2)在图乙中画出运动过程中线框i-t图象如图所示,磁场区域的面积是0.038m2;
(3)线框在穿越整个磁场的过程中,拉力F所做的功是0.048J.
解析
解:(1)当导线框运动到磁场中心线时,有两种情况,一是BC边,二是AD边,当AD边运动到磁场中心时,AD边上的电压最大.
Em=Bymv=0.2×0.2×10V=0.4V
Im==
=4A
则线框中AD两端的最大电压是Um==4×
V=0.3V
(2)BC边切割磁场的时间为=0.03s
此后,经t2时间,线框中无感应电流
=0.01s
AD边切割时间t3=t1=0.03s
在整个切割过程中,i-t图象如图所示.
由图象可知,每个小方格表示电量q=0.0005C
在图象中,图象与t轴所围区域共有小方格153个,故t1时间内通过线框某一截面的电量 Q=Nq=153×0.0005C=0.0765C
又Q==
得S==0.038m2
(3)在t1和t3时间内,通过线框的电流按正弦规律变化
电流的有效值为 I==
=2
A
由于线框做匀速运动,则根据功能关系得
W=I2R(t1+t3)=0.048J
答:(1)求线框中AD两端的最大电压是0.3V;
(2)在图乙中画出运动过程中线框i-t图象如图所示,磁场区域的面积是0.038m2;
(3)线框在穿越整个磁场的过程中,拉力F所做的功是0.048J.
下列各种情况中的导体切割磁感线产生的感应电动势最大的是( )
正确答案
解析
解:A、感应电动势E=BLv.
B、感应电动势E=BLv.
C、设导体与磁场下边界的夹角为θ,感应电动势E=Bv.
D、感应电动势E=BLv. 故C正确
故选C
如图所示,在垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场区域中,有一个均匀导线制成的单匝直角三角形线框,现用外力使线框以恒定的速度v沿垂直磁场方向向右运动,运动中线框的AB边始终与磁场右边界平行.已知AB=BC=l,线框导线的总电阻为R,则线框离开磁场的过程中( )
正确答案
解析
解:A、当线框出磁场时,导线框的有效切割长度逐渐增大,则电路中的电流逐渐增大,因此线框A、B两点间的电压逐渐增大,故A错误;
B、通过线框截面的电荷量为:=
,故B正确;
C、回路中的最大电流为:,因此最大安培力为:
,由于线框匀速运动,因此外力最大值为
,故C错误;
D、导线框的有效切割长度逐渐增大,电路中电流不是恒定电流,故线框的热功率与时间不成正比,故D错误.
故选:B.
如图所示,水平放置的平行金属导轨间距为l,左端与一电阻R相连.导轨间有竖直向下的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B.金属杆ab垂直于两导轨放置,电阻为r,与导轨间无摩擦.现对杆ab施加向右的拉力,使杆ab向右以速度v匀速运动,则( )
正确答案
解析
解:A、由由右手定则可知,金属杆中的电流由b流向a,故A错误;
B、金属杆ab相当于电源,在电源内部电流从低电势流向高电势,由于电流从b流向a,则a端电势高,b端电势低,故B正确;
C、金属杆受到的安培力FB=BIL=BL=
,金属杆做匀速运动,由平衡条件得:F=FB=
,故C错误;
D、R上消耗的功率:P=I2R=()2R,故D正确;
故选:BD.
如图所示,为两个有界匀强磁场,磁感应强度大小均为B,方向分别垂直纸面向里和向外,磁场宽度均为L,距磁场区域的左侧L处,有一边长为L的正方形导体线框,总电阻为R,且线框平面与磁场方向垂直,线框一边平行于磁场边界,现用外力F使线框以图示方向的速度v匀速穿过磁场区域,以初始位置为计时起点,规定:电流沿逆时针方向时的电动势E为正,磁感线垂直纸面向里时磁通量Φ为正,外力F向右为正.则以下关于线框中的磁通量Φ、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化的图象中正确的是( )
正确答案
解析
解:在-2
时间内:
磁通量Φ=BS=BLv(t-),随着时间均匀增大,在t=2
时刻,线框完全进入第一个磁场,磁通量为BL2;
在2-
时间内:线框从第一个磁场开始进入第二磁场,磁通量存在抵消,磁通量均匀减小,在t=
时刻,当线框从一种磁场进入另一种磁场正好处于一半时,磁通量为零.
在-3
时间内:磁通量反向均匀增大,在t=3
时刻,线框完全进入第二个磁场,磁通量反向最大为-BL2;
在3-4
时间内,线框穿出第二个磁场,磁通量均匀减小,在t=4
时刻,磁通量为零.故A正确.
B、在-2
时间内:根据法拉第电磁感应定律得知,线框中产生的感应电动势E=BLv,保持不变;
在2-3
时间内:线框开始进入第二个磁场时,两端同时切割磁感线,电动势方向相同,串联,电路中总的感应电动势应为2BLV,故B错误;
C、由于线框匀速运动,外力与安培力总保持平衡,根据楞次定律判断可知安培力的方向总是水平向左,则外力F方向总是水平向右,始终为正值.
在-2
时间内:F=BIL=BL
=
; 在2
-
时间内:F=2BL
=4
; 在3
-3
时间内:F=BIL=BL
=
;故C错误.
D、在-2
时间内:P=Fv=BILv=BL
v=
; 在2
-
时间内:P=Fv=2BL
v=4
; 在3
-3
时间内:P=Fv=BILv=BL
=
;故D正确.
故选AD.
如图所示为汽车电磁感应减速带原理图(俯视图),在汽车通过的区域设置匀强磁场,其方向垂直地面向上,大小为B,宽度为d.在汽车底部固定有一个长度L1、宽度L2的N匝矩形线圈,线圈的总电阻为R,车和线圈的总质量为m,假设汽车运动过程中所受阻力恒为f.当汽车以初速度v0进入磁场区域的左侧,开始以大小为a的恒定加速度减速驶入磁场区域,线圈全部进入磁场后,立即做匀速直线运动,直至完全离开缓冲区域,已知从线圈刚进入磁场到完全穿出磁场的过程中,汽车的牵引力做的总功为W.从线圈的前边与磁场左边线重合开始计时.求:
(1)线圈在进入磁场的过程中,牵引力的功率随时间变化的关系式
(2)线圈进入磁场的过程中,所产生的焦耳热.
正确答案
解:(1)线圈进入磁场时速度为v时感应电动势:E=BL2v
由欧姆定律得:I=
故线圈受到的安培力:F安=BIL2=
根据牛顿第二定律得:F-F安-f=ma
解得:F=f+ma+
又因为线圈做匀减速运动,则有:v=v0-at
结合功率公式:P=Fv
解得:P=(f+ma+)(v0-at)
(2)设线圈以恒定速度v出磁场,有运动学公式:v2-=2aL1
得:v=
运动时间为:t=
产生的感应电动势为:E=BL2v
感应电流为:I=
由焦耳定律得:产生的热量 Q出=I2Rt
由能量守恒定律得:W=mv2+f(d+L1)+Q进+Q出
解得:Q进=W-m(
-2aL1)-f(d+L1)-
答:(1)牵引力的功率随时间变化的关系式为P=(f+ma+)(v0-at).
(2)线圈进入磁场过程中,线圈中产生的焦耳热为W-m(
-2aL1)-f(d+L1)-
.
解析
解:(1)线圈进入磁场时速度为v时感应电动势:E=BL2v
由欧姆定律得:I=
故线圈受到的安培力:F安=BIL2=
根据牛顿第二定律得:F-F安-f=ma
解得:F=f+ma+
又因为线圈做匀减速运动,则有:v=v0-at
结合功率公式:P=Fv
解得:P=(f+ma+)(v0-at)
(2)设线圈以恒定速度v出磁场,有运动学公式:v2-=2aL1
得:v=
运动时间为:t=
产生的感应电动势为:E=BL2v
感应电流为:I=
由焦耳定律得:产生的热量 Q出=I2Rt
由能量守恒定律得:W=mv2+f(d+L1)+Q进+Q出
解得:Q进=W-m(
-2aL1)-f(d+L1)-
答:(1)牵引力的功率随时间变化的关系式为P=(f+ma+)(v0-at).
(2)线圈进入磁场过程中,线圈中产生的焦耳热为W-m(
-2aL1)-f(d+L1)-
.
如图所示,两根半径为r的
圆弧轨道间距为L,其顶端a、b与圆心处等高,轨道光滑且电阻不计,在其上端连有一阻值为R的电阻,整个装置处于辐向磁场中,圆弧轨道所在处的磁感应强度大小均为B.将一根长度稍大于L、质量为m、电阻为R0的金属棒从轨道顶端ab处由静止释放.已知当金属棒到达如图所示的cd位置(金属棒与轨道圆心连线和水平面夹角为θ)时,金属棒的速度达到最大;当金属棒到达轨道底端ef时,对轨道的压力为1.5mg.求:
(1)当金属棒的速度最大时,流经电阻R的电流大小和方向;
(2)金属棒滑到轨道底端的整个过程中流经电阻R的电量;
(3)金属棒滑到轨道底端的整个过程中电阻R上产生的热量.
正确答案
解:(1)金属棒速度最大时,在轨道切线方向所受合力为0,则有:
mgcosθ=BIL
解得:I=,流经R的电流方向为a→R→b.
(2)金属棒滑到轨道底端的整个过程中,穿过回路的磁通量变化量为:
△Φ=BS=B•L•=
平均电动势为:=
,平均电流为:
=
则流经电阻R的电量:q=t=
=
(3)在轨道最低点时,由牛顿第二定律得:N-mg=m
据题有:N=1.5mg
由能量转化和守恒得:Q=mgr-=
mgr
电阻R上发热量为:QR=Q=
答:(1)当金属棒的速度最大时,流经电阻R的电流大小为,流经R的电流方向为a→R→b.
(2)金属棒滑到轨道底端的整个过程中流经电阻R的电量为.
(3)金属棒滑到轨道底端的整个过程中电阻R上产生的热量为.
解析
解:(1)金属棒速度最大时,在轨道切线方向所受合力为0,则有:
mgcosθ=BIL
解得:I=,流经R的电流方向为a→R→b.
(2)金属棒滑到轨道底端的整个过程中,穿过回路的磁通量变化量为:
△Φ=BS=B•L•=
平均电动势为:=
,平均电流为:
=
则流经电阻R的电量:q=t=
=
(3)在轨道最低点时,由牛顿第二定律得:N-mg=m
据题有:N=1.5mg
由能量转化和守恒得:Q=mgr-=
mgr
电阻R上发热量为:QR=Q=
答:(1)当金属棒的速度最大时,流经电阻R的电流大小为,流经R的电流方向为a→R→b.
(2)金属棒滑到轨道底端的整个过程中流经电阻R的电量为.
(3)金属棒滑到轨道底端的整个过程中电阻R上产生的热量为.
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