- 感应电动势
- 共4433题
如图所示,间距l=0.3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内,在水平面a1b1b2a2区域内和倾角θ=37°的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1=0.4T、方向竖直向上和B2=1T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场.电阻R=0.3Ω、质量m1=0.1kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上,S杆的两端固定在b1、b2点,K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好.一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质滑轮自然下垂,绳上穿有质量m2=0.05kg的小环.已知小环以a=6m/s2的加速度沿绳下滑,K杆保持静止,Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动.不计导轨电阻和滑轮摩擦,绳不可伸长.取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求
(1)小环所受摩擦力的大小;
(2)Q杆所受拉力的瞬时功率.
正确答案
解:(1)设小环受到的摩擦力大小为Ff,由牛顿第二定律,有
m2g-Ff=m2a
代入数据得
Ff=0.2N;
(2)设通过K杆的电流为I1,K杆受力平衡,有
Ff=B1I1l
设回路中电流为I,总电阻为R总,有:
I=2I1
R总=R
设Q杆下滑速度大小为v,产生的感应电动势为E,有
I=
E=B2lv
F+m1gsinθ=B2Il
拉力的瞬时功率为
P=Fv
联立以上方程,代入数据解得
Q杆受拉力的功率P=2W.
答:(1)小环所受摩擦力的大小为0.2N;
(2)Q杆所受拉力的瞬时功率2W.
解析
解:(1)设小环受到的摩擦力大小为Ff,由牛顿第二定律,有
m2g-Ff=m2a
代入数据得
Ff=0.2N;
(2)设通过K杆的电流为I1,K杆受力平衡,有
Ff=B1I1l
设回路中电流为I,总电阻为R总,有:
I=2I1
R总=R
设Q杆下滑速度大小为v,产生的感应电动势为E,有
I=
E=B2lv
F+m1gsinθ=B2Il
拉力的瞬时功率为
P=Fv
联立以上方程,代入数据解得
Q杆受拉力的功率P=2W.
答:(1)小环所受摩擦力的大小为0.2N;
(2)Q杆所受拉力的瞬时功率2W.
(2015秋•鞍山校级期末)如图所示,竖直平面内有一金属环,半径为a,总电阻为R(指拉直时两端的电阻),磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面,在环的最高点A用铰链连接长度为2a、电阻为
的导体棒AB,AB由水平位置紧贴环面摆下,当摆到竖直位置时,B点的线速度为v,则这时AB两端的电压大小为( )
正确答案
解析
解:当摆到竖直位置时,导体棒产生的感应电动势为:
E=B•2a=2Ba
=Bav;
金属环并联的电阻为:R并==
AB两端的电压是路端电压,AB两端的电压大小为:
U=E=
Bav=
故选:A
如图,EOF和E′O′F′分别为一匀强磁场的左、右边界,其中EO∥E′O′,FO∥F′O′且EO⊥OF;OO′为∠EOF的角平分线,OO′间的距离为l;磁场方向垂直于纸面向里.一边长为l的正方形导线框沿OO′方向匀速通过磁场,t=0时刻恰好位于图示位置.规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正,则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是( )
正确答案
解析
解:在整个正方形导线框通过磁场的过程中,
切割磁感线的边框为两竖直边框,两水平边框不切割磁感线.
由于正方形导线框沿OO′方向匀速通过磁场,
①从开始到左边框到达O′之前,进入磁场切割磁感线的有效长度随时间均匀增加,
根据E=BLv得出感应电动势随时间也均匀增加,
由于电阻不变,所以感应电流i也随时间均匀增加.
根据右手定则判断出感应电流的方向,结合导线框中感应电流沿逆时针方向时为正,得出开始为正方向.
②当左边框到达OO′之后,由于进入磁场切割磁感线的有效长度不变,所以感应电流i不变.
③当左边框到达OO′中点,右边框即将进入磁场切割磁感线,由于左边框的切割磁感线的有效长度在减小,而右边框切割磁感线有效长度在增大,而左右边框切割磁感线产生的感应电动势方向相反,所以整个感应电动势随时间也均匀减小.
④当左边框到达距O点时,左右边框切割磁感线的有效长度相等,此时感应电动势为0,再往后跟前面过程相反.故ACD错误,B正确.
故选:B.
竖直平面内有一宽为2L、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场和两个边长均为L,电阻均为R,质量分别为2m、m的正方形导体框ABCD和abcd,两线框分别系在一跨过两个定滑轮的轻质细线两端,开始时两线框位置如图所示,现将系统由静止释放,当ABCD刚好全部进入磁场时,系统开始做匀速运动直到abcd完全出磁砀,不计摩擦和空气阻力,则( )
正确答案
解析
解:A、ABCD完全进入磁场后,abcd中开始产生感应电流,线框受到的安培力F=BIL=BL=BL
=
,根据根据平衡条件:mg+
=2mg,得:v=
,故A错误;
B、导线框ABCD全部进入磁场前,系统做加速运动,加速度越来越小,所以绳子的拉力是变化的;
导线框ABCD刚好全部进入磁场后磁通量不再变化,回路中没有感应电流,则线框ABCD不受安培力,只受重力和绳子拉力,做匀速运动,根据平衡条件:T=2mg,此时的受力情况与两线框刚开始做匀速运动时受力情况相同,细线的拉力恒定不变,故B错误;
C、abcd匀速运动完全进入磁场后不再有感应电流,不再受安培力,但ABCD开始穿出磁场,产生感应电流受安培力作用,当ABCD穿出磁场后不再有感应电流不再受安培力后abcd又开始穿出磁场产生感应电流受安培力,受力分析知系统始终匀速运动,故abcd通过磁场的时间t==
,故C错误;
D、等高时速度为v,根据能量守恒:2mg•4L-mg•4L=(m+2m)v2+Q,得:Q=4mgL-
,故D正确;
故选:D.
如图所示,竖直平面内有两条水平的平行虚线ab、cd,间距为d,其间(虚线边界上无磁场)有磁感应强度为B的匀强磁场,一个正方形线框边长为l,质量为m,电阻为R.线框位于位置1时,其下边缘到ab的距离为h.现将线框从位置1由静止释放,依次经过2、3、4三个位置,其下边框刚进入磁场和刚要穿出磁场时的速度相等,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、线框进入磁场的过程做加速度减小的减速运动,完全进入磁场后做加速度为g的匀加速运动,则知3位置时线圈速度最小;故A正确;
B、由功能关系可知,线框进入磁场中减小的重力势能等于电热,即Q=mgd;故B错误;
C、由于线框在完全进入磁场后做加速度为g的加速运动;故C错误;
D、因为进磁场时要减速,即此时的安培力大于重力,速度减小,安培力也减小,当安培力减到等于重力时,线圈做匀速运动,全部进入磁场将做加速运动,
设线圈的最小速度为vm,由动能定理,从cd边刚进入磁场到线框完全进入时,则有:mv
-
=mgL-mgd,
又有:m
=mgh,
则克服安培力的功率F=BILvm==
;故D正确;
故选:AD.
用同样的材料、不同粗细导线绕成两个质量面积均相同的正方形线圈Ⅰ和Ⅱ,使它们从离有理想界面的匀强磁场高度为h的地方同时自由下落,如图所示.线圈平面与磁感线垂直,空气阻力不计,则( )
正确答案
解析
解:由v=得知,两个线圈进入磁场时的速度相等.
根据牛顿第二定律得:mg-F=ma,得
a=g-
又安培力F=
得 a=g-
将R=,m=ρ密•4LS代入上式得
a=g-
可见,上式各量都相同,则两个线圈下落过程中加速度始终相同,运动情况相同,故运动时间相同,同时落地.
根据能量守恒定律得:
Q=mgH-,下落的总高度H和落地速度v都相同,则发热量也相同.故A正确.
故选A
一个质量m=0.1kg的正方形金属框总电阻R=0.5Ω,金属框放在表面绝缘且光滑的斜面顶端(金属框上边与AA′重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB′重合),设金属框在下滑过程中的速度为v,与此对应的位移为s,那么v2-s图象如图所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上,g=10m/s2.
(1)根据v2-s图象所提供的信息,计算出斜面倾角θ和匀强磁场宽度d.
(2)金属框从进入磁场到穿出磁场所用的时间是多少?
(3)匀强磁场的磁感应强度多大?
正确答案
解:(1)由图象可知,从s=0到s1=1.6 m过程中,金属框作匀加速运动
由公式v2=2as可得金属框的加速度 m/s2
根据牛顿第二定律 mgsinθ=ma1 θ=30°
金属框下边进磁场到上边出磁场,线框做匀速运动.
∴△s=2L=2d=2.6-1.6=1m,d=L=0.5m
(2)金属框刚进入磁场时,v1=4m/s
金属框穿过磁场所用的时间 s
(3)因匀速通过磁场
所以磁感应强度的大小 B=0.5T
答:(1)斜面的倾角为30°,匀强磁场的宽度为0.5m.
(2)金属框从进入磁场到穿出磁场所用的时间是0.25s.
(3)匀强磁场的磁感应强度为0.5T.
解析
解:(1)由图象可知,从s=0到s1=1.6 m过程中,金属框作匀加速运动
由公式v2=2as可得金属框的加速度 m/s2
根据牛顿第二定律 mgsinθ=ma1 θ=30°
金属框下边进磁场到上边出磁场,线框做匀速运动.
∴△s=2L=2d=2.6-1.6=1m,d=L=0.5m
(2)金属框刚进入磁场时,v1=4m/s
金属框穿过磁场所用的时间 s
(3)因匀速通过磁场
所以磁感应强度的大小 B=0.5T
答:(1)斜面的倾角为30°,匀强磁场的宽度为0.5m.
(2)金属框从进入磁场到穿出磁场所用的时间是0.25s.
(3)匀强磁场的磁感应强度为0.5T.
如图所示,光滑斜面的倾角α=30°,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1=l m,bc边的边长l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线框通过细线与重物相连,重物质量M=2kg,斜面上ef线(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,如果线框从静止开始运动,进入磁场最初一段时间是匀速的,ef线和gh的距离s=11.4m,(取g=10m/s2),求:
(1)线框进入磁场前重物M的加速度;
(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v;
(3)ab边由静止开始运动到gh线处所用的时间t;
(4)ab边运动到gh线处的速度大小和在线框由静止开始到运动到gh线的整个过程中产生的焦耳热.
正确答案
解:(1)线框进入磁场前,线框仅受到细线的拉力FT,斜面的支持力和线框重力,重物M受到重力和拉力FT.则由牛顿第二定律得:
对重物有:Mg-FT=Ma
对线框有:FT-mg sinα=ma.
联立解得线框进入磁场前重物M的加速度为:=
=5m/s2
(2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,所以重物受力平衡Mg=FT′,
线框abcd受力平衡FT′=mg sinα+FA
ab边进入磁场切割磁感线,产生的电动势为:E=Bl1v;形成的感应电流为:
受到的安培力为:FA=BIl1
联立上述各式得:Mg=mg sinα+
代入数据 20=10×sin30°+
解得:v=6 m/s
(3)线框abcd进入磁场前时,做匀加速直线运动;进磁场的过程中,做匀速直线运动;进入磁场后到运动到gh线,仍做匀加速直线运动.
进磁场前线框的加速度大小与重物的加速度相同,为:a=5 m/s2
该阶段运动时间为:
进磁场过程中匀速运动时间为:
线框完全进入磁场后线框受力情况同进入磁场前,所以该阶段的加速度仍为:a=5m/s2
;
代入得:11.4-0.6=6×t3+×5×
解得:t3=1.2 s
因此ab边由静止开始运动到gh线所用的时间为:t=t1+t2+t3=2.5s
(4)线框ab边运动到gh处的速度为:v′=v+at3=6 m/s+5×1.2 m/s=12 m/s
整个运动过程产生的焦耳热为:Q=FAl2=(Mg-mgsinθ)l2=(20-10×sin30°)×0.6J=9 J
答:(1)线框进入磁场前重物M的加速度是5m/s2;
(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v是6m/s;
(3)ab边由静止开始到运动到gh线处所用的时间是2.5s;
(4)ab边运动到gh线处的速度大小是12m/s,在线框由静止开始到运动到gh线的整个过程中产生的焦耳热是9J.
解析
解:(1)线框进入磁场前,线框仅受到细线的拉力FT,斜面的支持力和线框重力,重物M受到重力和拉力FT.则由牛顿第二定律得:
对重物有:Mg-FT=Ma
对线框有:FT-mg sinα=ma.
联立解得线框进入磁场前重物M的加速度为:=
=5m/s2
(2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,所以重物受力平衡Mg=FT′,
线框abcd受力平衡FT′=mg sinα+FA
ab边进入磁场切割磁感线,产生的电动势为:E=Bl1v;形成的感应电流为:
受到的安培力为:FA=BIl1
联立上述各式得:Mg=mg sinα+
代入数据 20=10×sin30°+
解得:v=6 m/s
(3)线框abcd进入磁场前时,做匀加速直线运动;进磁场的过程中,做匀速直线运动;进入磁场后到运动到gh线,仍做匀加速直线运动.
进磁场前线框的加速度大小与重物的加速度相同,为:a=5 m/s2
该阶段运动时间为:
进磁场过程中匀速运动时间为:
线框完全进入磁场后线框受力情况同进入磁场前,所以该阶段的加速度仍为:a=5m/s2
;
代入得:11.4-0.6=6×t3+×5×
解得:t3=1.2 s
因此ab边由静止开始运动到gh线所用的时间为:t=t1+t2+t3=2.5s
(4)线框ab边运动到gh处的速度为:v′=v+at3=6 m/s+5×1.2 m/s=12 m/s
整个运动过程产生的焦耳热为:Q=FAl2=(Mg-mgsinθ)l2=(20-10×sin30°)×0.6J=9 J
答:(1)线框进入磁场前重物M的加速度是5m/s2;
(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v是6m/s;
(3)ab边由静止开始到运动到gh线处所用的时间是2.5s;
(4)ab边运动到gh线处的速度大小是12m/s,在线框由静止开始到运动到gh线的整个过程中产生的焦耳热是9J.
如图所示,两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,导轨电阻不计,另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd质量均为m,电阻均为R,若要使cd静止不动,则ab杆应向______运动,速度大小为______,作用于ab杆上的外力大小为______.
正确答案
上匀速
2mg
解析
解:cd杆受到的安培力:F安=BIL,
cd杆静止不动,处于平衡状态,
由平衡条件得:BIL=mg,
解得,电流:I= ①,
安培力向上,由左手定则可知,杆中电流方向由c到d;
流过ab的电流由b流向a,由右手定则可知,ab棒应向上运动,
ab棒切割磁感线产生的电动势:E=BLv,
感应电流:I==
②,
由①②解得:v=;
以两金属杆组成的系统为研究对象,
由平衡条件得:F=2mg;
故答案为:上匀速;;2mg.
如图所示,一闭合直角三角形线框以速度v匀速穿过匀强磁场区域.从BC边刚进入磁场区开始计时,到A点离开磁场区为止的过程中,以逆时针方向为电流的正方向,线框内感应电流随时间变化图象正确的是( )
正确答案
解析
解:感应电流I==
,线框进入磁场时,导体棒切割磁感线的有效长度L减小,感应电流I逐渐减小;
当线框完全进入磁场时,穿过线框的磁通量不变,不产生感应电流,I=0,
线框离开磁场时,导体棒切割磁感线的有效长度L减小,感应电流I逐渐减小;
由右手定则可知,线框进入磁场过程,电流沿逆时针方向,为正值,离开磁场过程,电流沿顺时针方向,为负值;故A正确,BCD错误;
故选:A.
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