- 电磁感应
- 共4515题
如图1所示,水平面内的直角坐标系的第一象限有磁场分布,方向垂直于水平面向下,磁感应强度沿y轴方向没有变化,与横坐标x的关系如图2所示,图线是双曲线(坐标轴是渐进线);顶角θ=45°的光滑金属长导轨MON固定在水平面内,ON与x轴重合,一根与ON垂直的长导体棒在水平向右的外力作用下沿导轨MON向右滑动,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触.已知t=0时,导体棒位于顶角O处;导体棒的质量m=2kg;OM、ON接触处O点的接触电阻R=0.5Ω,其余电阻不计;回路电动势E与时间t的关系如图3所示,图线是过原点的直线.求:
(1)t=2s时流过导体棒的电流I2的大小;
(2)1~2s时间内回路中流过的电量q的大小;
(3)判断导体棒是否是匀变速运动,如果是匀变速,请求导体棒的加速度.
正确答案
解:(1)根据E-t图象中的图线是过原点的直线,知t=2s时,E=4V
有I=
得 I2=A=8 A.
(2)可判断I-t图象中的图线也是过原点的直线
有t=1 s时I1=4 A
可有q=△t=
△t
得q=6 C.
(3)因θ=45°,可知任意t时刻回路中导体棒有效切割长度L=x
再根据B-x图象中的图线是双曲线特点
有E=BLv=Bxv,且E与时间成正比
得Bxv=kt
由图3知:k=2,由图2知:Bx=1
代入数据,得v=2t,
可知导体棒的运动是匀加速直线运动,加速度a=2 m/s2.
答:
(1)t=2s时流过导体棒的电流I2的大小这8 A.
(2)1~2s时间内回路中流过的电量q的大小为6 C.
(3)导体棒做匀加速直线运动,加速度为2 m/s2.
解析
解:(1)根据E-t图象中的图线是过原点的直线,知t=2s时,E=4V
有I=
得 I2=A=8 A.
(2)可判断I-t图象中的图线也是过原点的直线
有t=1 s时I1=4 A
可有q=△t=
△t
得q=6 C.
(3)因θ=45°,可知任意t时刻回路中导体棒有效切割长度L=x
再根据B-x图象中的图线是双曲线特点
有E=BLv=Bxv,且E与时间成正比
得Bxv=kt
由图3知:k=2,由图2知:Bx=1
代入数据,得v=2t,
可知导体棒的运动是匀加速直线运动,加速度a=2 m/s2.
答:
(1)t=2s时流过导体棒的电流I2的大小这8 A.
(2)1~2s时间内回路中流过的电量q的大小为6 C.
(3)导体棒做匀加速直线运动,加速度为2 m/s2.
如图甲,固定在光滑水平面上的正三角形金属线框,匝数n=20,总电阻R=2.5Ω,边长L=0.3m.处在两个半径均为r=
的圆形匀强磁场区域中.线框顶点与右侧圆中心重合,线框底边中点与左侧圆中心重合.磁感应强度B1垂直水平面向外,大小不变;B2垂直水平面向里,大小随时间变化,B1、B2的值如图乙所示.(π取3)( )
正确答案
解析
解:A、由磁感应强度B1垂直水平面向外,大小不变;B2垂直水平面向里,大小随时间增大,故线框的磁通量减小,由楞次定律可得,线框中感应电流方向为逆时针方向,故A正确;
B、t=0时刻穿过线框的磁通量为:∅=B1××πr2-B2×
×πr2=1×0.5×3×0.12-2×
×3×0.12Wb=0.005Wb,故B错误;
C、在t=0.6s内通过线框中的电量q=n=
C=0.12C,故C错误;
D、线框产生的感应电动势 E=n=20×
V=0.5V
感应电流 I==
=0.2A
由Q=I2Rt=0.22×2.5×0.6J=0.06J,故D正确.
故选:AD.
一个质点运动的速度时间图象如图甲所示,任意很短时间内质点的运动可以近似视为匀速运动,该时间内质点的位移即为条形阴影区域的面积,经过累积,图线与坐标轴围成的面积即为质点在相应时间内的位移.利用这种微元累积法我们可以研究许多物理问题,图乙是某物理量随时间变化的图象,此图线与坐标轴所围成的面积,下列说法中不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、如果y轴表示变化磁场在金属线圈产生的电动势,根据E=知,△Φ=E•△t知,面积等于该磁场在相应时间内磁通量的变化量.故A错误.
B、如果y轴表示力做功的功率,则面积等于该力在相应时间内所做的功.故B正确.
C、如果y轴表示流过用电器的电流,由q=It知,面积等于在相应时间内流过该用电器的电量.故C正确
D、如果y轴表示加速度,由a=知,△v=a△t,知面积等于质点在相应时间内的速度变化.故D正确.
本题选错误的,故选:A
如图所示,两根间距为d的光滑金属导轨,平行放置在倾角为θ=30°的斜面上,导轨的右端接有电阻R,整个装置放在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直.导轨上有一质量为m、电阻也为R的金属棒与两导轨垂直且接触良好,金属棒以一定的初速度v0在沿着导轨上滑一段距离L后返回,不计导轨电阻及感应电流间的相互作用.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、导体棒沿着导轨上滑过程中通过R的电量为:q==
=
,故A正确.
B、导体棒返回时随着速度的增大,导体棒产生的感应电动势增大,感应电流增大,棒受到的安培力增大,加速度减小,所以导体棒先做加速度减小的变加速运动,最后做匀速直线运动,故B错误.
C、根据能量守恒定律,导体棒沿着导轨上滑过程中电阻R上产生的热量为:QR=×(
mv02-mgLsin30°)=
(mv02-mgL),故C错误.
D、导体棒沿着导轨上滑过程中克服安培力做的功等于回路中产生的总热量,由能量守恒定律得:W=Q=(mv02-mgLsin30°)=
(mv02-mgL),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L1和L2之间、L3和L4之间存在匀强磁场,磁感应强度大小均为1T,方向垂直于虚线所在平面,现有一宽度cd=L=0.5m、质量为0.1Kg、电阻为2Ω的矩形线圈abcd,将其从图示位置由静止释放(cd边与L1重合),速度随时间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正确.
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错误.
故选:AB
如图所示,电阻为0.1Ω的导体ab沿光滑导线框向右做匀速运动,线框中接有电阻R=0.4Ω,线框放在磁感强度B=0.1T的匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,导体ab的长度l=0.4m,运动的速度υ=5m/s,线框的电阻不计,则施加的外力的大小F=______N,外力做功的功率为______W.
正确答案
0.016
0.08
解析
解:导体棒做切割磁感线,产生感应电动势,相当于电源,电动势为:
E=BLv=0.1×0.4×5V=0.2V.
电路abcd中的电流为:
I==
A=0.4A;
导体ab所受的安培力的大小:
F安=BIL=0.1×0.4×0.4=0.016N
导体棒匀速运动,外力与安培力二力平衡,则有:
施加的外力 F外=F安=0.016N
故外力做功的功率是:
P外=F外v=0.016×5W=0.08W
故答案为:0.016;0.08
如图所示,水平地面上方存在有界匀强磁场(上、下边界水平),磁场上方有三个单匝正方形铜线圈A、B、C,它们从相同高度由静止开始同时下落,其中A有一个缺口,B、C都是闭合的,但B的导线最粗,A、B边长相等,C边长最大,但都小于磁场区域的高度,则线圈( )
正确答案
解析
解:A有一个缺口,A线圈进入磁场后,不产生感应电流,线圈不受安培力作用,只受重力,加速度等于g.
而B、C线圈是闭合的,进入磁场后,产生感应电流,受到竖直向上的安培力作用,加速度小于g,则A线圈最先落地.
对于闭合线圈,设线圈的边长为L,横截面积为S,电阻率为ρ电,密度为ρ密,质量为m,进入磁场后速度为v时加速度为a,
对B、C中任一质量为m的线圈,根据牛顿第二定律得:mg-=ma,则 a=g-
=g-
=g-
,可知a与横截面积S无关,所以B、C线圈的加速度相同,进入磁场的过程运动相同,由于B的边长短,先进入磁场做加速度为g的匀加速运动,所以C的运动时间最长,最后落地.故ABD错误,C正确.
故选:C
如图甲所示,空间存在磁感应强度为B、垂直纸面向里的匀强磁场,MN、PQ是放在同一竖直面内的平行长直导轨,间距为d,R是连在导轨一端的电阻(其余部分电阻不计),ab是跨接在导轨上的金属棒(重力不计).从零时刻开始,对ab施加竖直向上的恒定拉力,使其从静止开始沿导轨运动,最终以速度v做匀速运动,此过程中棒始终保持与导轨垂直且良好接触,图乙是棒的速度-时间图象,其中AO是图象在O点的切线.则( )
正确答案
解析
解:A、B、由题,一是金属棒的重力不计,二是金属棒不是匀速运动.当金属棒开始运动时有:,当金属棒以速度v匀速运动时有
,
联解可得拉力的大小:F=,
金属棒的质量:m=,故A、B正确.
C、金属棒由静止加速到v的过程中,金属棒的位移不等于vt0,则拉力做功W≠Fvt0=.故C错误.
D、金属棒由静止加速到v的过程中,回路磁通量的变化△Φ≠Bdvt0,根据q=分析可知流过电阻R的电量q≠
.故D错误.
故选:AB
如图所示,电阻不计、相距L的两条足够长的平行金属导轨倾斜放置,与水平面的夹角vm,整个空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为B,导轨上固定有质量为m,电阻为R的两根相同的导体棒,导体棒MN上方轨道粗糙下方光滑,将两根导体棒同时释放后,观察到导体棒MN下滑而EF始终保持静止,当MN下滑的距离为S时,速度恰好达到最大值Vm,则下列叙述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、导体棒MN速度最大时做匀速直线运动,由平衡条件得:
mgsinθ=BIL=BL
解得 vm=.故A正确.
B、在EF下滑的过程中,穿过回路的磁通量增大,根据楞次定律判断知,EF受到沿导轨向下的安培力,根据平衡条件得:导体棒EF所受的静摩擦力 f=mgsinθ+F安.
故B错误.
C、当导体棒MN从静止开始下滑S的过程中,通过其横截面的电荷量为 q=t=
=
=
,故C正确.
D、根据能量守恒得:导体棒MN中产生的热量为 Q=(mgSsinθ-
),故D错误.
故选:AC.
如图,两根电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置.导轨间存在一宽为3d的有界匀强磁场,方向与导轨平面垂直.两根完全相同的导体棒M、N,垂直于导轨放置在距磁场为d的同一位置处.先固定N棒,M棒在恒力F作用下由静止开始向右运动,且刚进入磁场时恰开始做匀速运动.M棒进入磁场时,N棒在相同的恒力F作用下由静止开始运动.则在棒M、N穿过磁场的过程中( )
正确答案
解析
解:
A、设M棒进入磁场时速度为v,离开磁场时的速度为v′.由于两棒在进入磁场前的受力情况和运动情况相同,则N棒进入磁场时速度也为v,与M棒的速度相同,则回路的磁通量不变,没有感应电流产生,两棒不受安培力.设两棒进入磁场前的加速度为a,一起匀加速运动的加速度为a′.
则进入磁场前,对M棒有:v2=2ad,根据牛顿第二定律有,F=ma;
N棒进入磁场后、M棒离开磁场前,对M棒有:F=ma′,则得:a′=a;
设两棒进入磁场前运动时间为t,则
对N棒有:d=;与此同时M棒通过的位移 x=vt=2d,即N棒刚进入磁场时M棒已通过了位移2d,此后M棒做加速度为a的匀加速运动.
对于M棒此后过程,根据运动学公式有:v′2-v2=2ad,又v2=2ad,联立可得:v′=v,即M棒离开磁场时的速度是进入磁场时速度的
倍,故A正确.
B、由上分析可知,M棒刚进磁场时外力F等于安培力;M棒刚离开磁场时,N棒在磁场中通过了距离d,速度为v′=v;
M棒离开磁场后,N棒将要受到向左的安培力,安培力大于外力F,N棒开始做减速运动,所以离开N棒离开磁场的速度小于v′,即小于M棒离开磁场时的速度,故B错误.
C、M棒穿过磁场的过程中,在开始通过的距离2d过程中,受到向左的安培力,安培力大小F安=F,则M棒克服安培力做功为 W安=F安•2d=2Fd,故C正确.
D、N棒穿过磁场的过程中,开始通过的d距离内,不受安培力,在后来2d距离内,N棒受到安培力,由于此时N棒的速度大于进入磁场时的速度,安培力大于F,则知N棒克服安培力做功大于2Fd,故D正确.
故选:ACD
如图所示,正方形匀强磁场磁感应强度B=0.2T,方向垂直于纸面向里,磁场的宽度为2L=2m,一正方形金属框边长L=1m,其单位长度电阻相等,总电阻为r=2Ω,金属框以v=10m/s的速度向右匀速穿过磁场区域.假定abcd方向的电流I为正,ab两端的电压为U,从cd边进入磁场瞬间开始计时,下列关于I-t和U-t图线正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B:线框在进入和穿出磁场的过程产生的感应电流大小相等,
线框进入或离开磁场过程中产生的电动势:
E=Blv=0.2×1×10=2V,
I==
=1A,
进入与穿出穿出的时间:t==
=0.1s,
线框完全在磁场的时间:
t′==
=0.1s,
线框完全在你磁场中时,穿过线框的磁通量不变,感应电流为零,
由右手定则判断可知,进入过程中线框中感应电流方向沿adcba,为正方向;
穿出磁场过程中感应电流方向为abcda,为负方向,故A正确,B错误;
C、D:线框进入或离开磁场过程中:
由AB项可知,进入磁场过程中,电流为1A,ab两端电压:
Uab1=I=1×
=0.5V,
线框完全进入磁场过程,Uab2=BLabV=2V,
穿出磁场过程,电流为1A,Uab3=I•=1×
=1.5V,故C错误,D正确
故选:AD
法拉第发明了世界上第一台发电机--法拉第圆盘发电机.铜质圆盘放置在匀强磁场中,圆盘圆心处固定一个摇柄,边缘和圆心处各有一个铜电刷与其紧贴,用导线a、b将电刷与电灯连接起来形成回路.如图所示从上往下看逆时针匀速转动铜盘,若图中铜盘半径为L,匀强磁场的磁感应强度为B,回路总电阻为R,转动的角速度为ω.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、铜盘转动产生的感应电动势为:E=BL=BL
=
BL2ω,故A错误.
B、回路中的电流 I==
,故B正确.
C、由右手定则可知,回路中电流方向不变,从b导线流进灯泡,a导线流进铜盘,故C正确.
D、由于B、L、ω、R不变,则I不变,电流大小恒定不变,故D错误.
故选:BC.
如图,两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为d,导轨平面与水平面的夹角θ=30°,导轨电阻不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面向上.长为d的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上,且始终与导轨接触良好,金属棒的质量为m、电阻为r=R.两金属导轨的上端连接一个灯泡,灯泡的电阻RL=R,重力加速度为g.现闭合开关S,给金属棒施加一个方向垂直于杆且平行于导轨平面向上的、大小为F=mg的恒力,使金属棒由静止开始运动,当金属棒达到最大速度时,灯泡恰能达到它的额定功率,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当金属棒达到最大速度时,做匀速直线运动,由平衡条件得:F=BId+mgsin30°,又F=mg,
解得:I=
则灯泡的额定功率为:PL=I2R=()2R=
,故A错误.
B、由I==
,又I=
,可得:vm=
,故B正确.
C、金属棒达到最大速度的一半时受到的安培力大小为:FA==
=
mg,
根据牛顿第二定律得:F-mgsin30°-FA=ma,
解得:a=g,故C正确.
D、金属棒由静止开始上滑4L的过程中,金属棒上产生的电热为:
Qr=(F•4L-mg•4Lsin30°-
)=mgL-
,故D正确.
故选:BCD.
如图所示,范围足够大的匀强磁场磁感应强度为B,有一根电阻为4R的均匀导体,弯成圆环并将两端焊接在一起,固定在磁场中,其直径为d.另一导体棒MN长L=1.5d,总电阻为1.5R,通过外力使导体棒以速度v(v与棒垂直)在圆环上向右匀速运动,棒与环接触良好,不计接触电阻.棒经过环中心时,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据右手定则(或楞次定律)电流应从棒的b端流向a端,故A错误;
B、当导体棒位于环心时,电路可等效成两个半环(各2R)并联后(电阻为R)接在a、b间,棒的ab部分相当于电源,ab部分的电阻为R,即为电源的等效内阻,电路的总电阻为2R,电动势为ab部分切割磁感线产生感应电动势,大小等于Bdv,根据闭合电路的欧姆定律可得电流为,故B错误;
C、根据左手定则(或楞次定律--来拒去留)可知安培力向向左,故C正确;
D、导体棒受安培力大小为,故D错误.
故选:C.
如图所示,电阻为R的金属棒ab,从图示位置分别以速率v1,v2沿电阻不计的光滑轨道匀速滑到虚线处,若v1:v2=1:2,则在两次移动过程中,回路中感应电流
=______,回路中通过截面的总电量
=______,外力做功的功率
=______.
正确答案
1:2
1:1
1:4
解析
解:回路中感应电流为:I==
,I∝v,则得:
I1:I2=v1:v2=1:2.
通过任一截面的电荷量为:q=It=•
=
,q与v无关,则得:
q1:q2=1:1.
由于棒匀速运动,外力的功率等于回路中的功率,即得:P=I2R=( )2R=
,P∝v2,则得:
P1:P2=v:v
=1:4
故答案为:1:2,1:1,1:4
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