- 感应电动势
- 共4433题
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
如图甲所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨间距L=0.30m.导轨电阻忽略不计,其间连接有固定电阻R=0.40Ω.导轨上停放一质量m=0.10kg、电阻r=0.20Ω的金属杆ab,整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下.用一外力F沿水平方向拉金属杆ab,使之由静止开始运动,电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑,获得电压U随时间t变化的关系如图乙所示.
(1)利用上述条件计算说明金属杆做什么性质的运动?加速度是多大?
(2)求第2s末外力F的瞬时功率;
(3)如果水平外力从静止开始拉动杆2s所做的功W=0.35J,求金属杆上产生的焦耳热.
正确答案
解:(1)由图乙可得 U=kt,k=0.1V/s.
设路端电压为U,金属杆的运动速度为v,则感应电动势E=BLv,
通过电阻R的电流 I=
电阻R两端的电压 U=IR=
联立解得 v=•t=
t=t
因为速度与时间成正比,所以金属杆做匀加速运动,加速度为 a=1m/s2.
(2)在2s末,速度v2=at=2m/s,此时金属杆产生的感应电动势 E=BLv2
通过金属杆的电流为 I=
金属杆受安培力 F安=BIL=
解得:F安=7.5×10-2N
设2s末外力大小为F2,由牛顿第二定律,F2-F安=ma,
解得:F2=1.75×10-2N
故2s末时F的瞬时功率 P=F2v2=0.35W
(3)设回路产生的焦耳热为Q,由能量守恒定律,W=Q+m
解得:Q=0.15J
电阻R与金属杆的电阻r串联,产生焦耳热与电阻成正比 所以=
则得在金属杆上产生的焦耳热 QR=Q=
×0.15J=5.0×10-2J
答:
(1)金属杆做匀加速直线运动,加速度大小为1m/s2;
(2)第2s末外力F的瞬时功率为0.35W;
(3)金属杆上产生的焦耳热为5.0×10-2J.
解析
解:(1)由图乙可得 U=kt,k=0.1V/s.
设路端电压为U,金属杆的运动速度为v,则感应电动势E=BLv,
通过电阻R的电流 I=
电阻R两端的电压 U=IR=
联立解得 v=•t=
t=t
因为速度与时间成正比,所以金属杆做匀加速运动,加速度为 a=1m/s2.
(2)在2s末,速度v2=at=2m/s,此时金属杆产生的感应电动势 E=BLv2
通过金属杆的电流为 I=
金属杆受安培力 F安=BIL=
解得:F安=7.5×10-2N
设2s末外力大小为F2,由牛顿第二定律,F2-F安=ma,
解得:F2=1.75×10-2N
故2s末时F的瞬时功率 P=F2v2=0.35W
(3)设回路产生的焦耳热为Q,由能量守恒定律,W=Q+m
解得:Q=0.15J
电阻R与金属杆的电阻r串联,产生焦耳热与电阻成正比 所以=
则得在金属杆上产生的焦耳热 QR=Q=
×0.15J=5.0×10-2J
答:
(1)金属杆做匀加速直线运动,加速度大小为1m/s2;
(2)第2s末外力F的瞬时功率为0.35W;
(3)金属杆上产生的焦耳热为5.0×10-2J.
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,匀强磁场的方向垂直于光滑的金属导轨平面向里,极板间距为d的平行板电容器与总阻值为2R0的滑动变阻器通过平行导轨连接,电阻为R0的导体棒MN可在外力的作用下沿导轨从左向右做匀速直线运动.当滑动变阻器的滑动触头位于a、b的中间位置且导体棒MN的速度为v0时,位于电容器中P点的带电油滴恰好处于静止状态.若不计摩擦和平行导轨及导线的电阻,各接触处接触良好,重力加速度为g,则下列判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据右手定责可知,M端为正极,液滴静止,因此带负电,故A错误;
B、设导体棒长度为L,导体棒切割磁感线形成的感应电动势为:E=BLv,
电容器两端电压为:U1= ①
开始液滴静止有:q=mg ②
若将上极板竖直向上移动距离d时,有:mg-q=ma1 ③
联立①②③得:a1=,方向竖直向下,故B错误;
C、当若将导体棒的速度变为2v0时,有:q-mg=ma2 ④
将①中v0换为2v0联立①②④解得:a2=,方向竖直向上,故C错误;
D、若保持导体棒的速度为v0不变,而将滑动触头置于a位置时,电容器两端之间的电压为:U2=BLv0,
此时液滴所受电场力为:F=q=mg,液滴受到的合力为零,因此液滴仍然静止,故D正确.
故选:D.
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