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题型:简答题
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简答题

如图所示,足够长的光滑导轨ab、cd固定在竖直平面内,导轨间距为l,b、c两点间接一阻值为R的电阻,ef是一水平放置的导体杆,其质量为m、有效电阻值为R,杆与ab、cd保持良好接触。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。现用一竖直向上的力拉导体杆,使导体杆从静止开始做加速度为的匀加速运动,上升了h高度,这一过程中bc间电阻R产生的焦耳热为Q,g为重力加速度,不计导轨电阻及感应电流间的相互作用。求:

(1)导体杆上升到h过程中通过杆的电量;

(2)导体杆上升到h时所受拉力F的大小;

(3)导体杆上升到h过程中拉力做的功。

正确答案

解:(1)感应电量q=I△t

根据闭合电路的欧姆定律

根据电磁感应定律,得

(2)设ef上升到h时,速度为v1、拉力为F,根据运动学公式,得v1=

根据牛顿第二定律,得F-mg-BI1l=ma

根据闭合电路的欧姆定律,得

综上三式,得

(3)由功能关系,得

WF=

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简答题

一个半径r=0.10 m的闭合导体圆环,圆环单位长度的电阻。如图甲所示,圆环所在区域存在着匀强磁场,磁场方向垂直环所在平面向外,磁感应强度大小随时间情况如图乙所示。

(1)分别求在0-0.3 s和0.3-0.5 s时间内圆环中感应电动势的大小;

(2)分别求在0-0.3 s和0.3-0.5 s时间内圆环中感应电流的大小,并在图丙中画出圆环中感应电流随时间变化的i-t图象(以线圈中逆时针电流为正,至少画出两个周期)。

正确答案

解:(1)在0-0.3 s时间内感应电动势=6.28×10-3 V

在0.3-0.5 s时间内感应电动势=9.42×10-3 V

(2)在0-0.3 s时间内=1.0 A

在0.3-0.5 s时间内=1.5 A

I-t图象如图所示:

       

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简答题

如图所示,半径为R的圆形导轨处在垂直于圆平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,方向垂直于纸面向内。一根长度略大于导轨直径的导体棒MN以速率v在圆导轨上从左端滑到右端,电路中的定值电阻为r,其余电阻不计,导体棒与圆形导轨接触良好。求:

(1)在滑动过程中通过电阻r的电流的平均值;

(2)MN从左端到右端的整个过程中,通过r的电荷量;

(3)当MN通过圆导轨中心时,通过r的电流是多大?

正确答案

解:(1)

(2)

(3)

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简答题

如图所示,两根正对的平行金属直轨道MN、M′N′位于同一水平面上,两轨道之间的距离l=0.50m.轨道的MM′端之间接一阻值R=0.40Ω的定值电阻,NN′端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、N′P′平滑连接,两半圆轨道的半径均为R0=0.50m.直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度B=0.64T的匀强磁场中,磁场区域的宽度d=0.80m,且其右边界与NN′重合.现有一质量m=0.20kg、电阻r=0.10Ω的导体杆ab静止在距磁场的左边界s=2.0m处.在与杆垂直的水平恒力F=2.0N的作用下ab杆开始运动,当运动至磁场的左边界时撤去F,结果导体ab恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点PP′.已知导体杆ab在运动过程中与轨道接触良好,且始终与轨道垂直,导体杆ab与直轨道之间的动摩擦因数μ=0.10,轨道的电阻可忽略不计,取g=10m/s2,求:  

(1)导体杆刚进入磁场时,通过导体杆上的电流大小和方向;

(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量;

(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路产生的焦耳热.      

正确答案

解:(1)设导体杆在F的作用下运动到磁场的左边界时的速度为υ1

根据动能定理则有(Fμmg)s=

导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势E=Blυ1此时通过导体杆的电流大小I=E/(R+r)=3.8A(或3.84A) 

根据右手定则可知,电流方向为b向a

(2)设导体杆在磁场中运动的时间为t,产生的感应电动势的平均值为E平均

则由法拉第电磁感应定律有E平均=ΔΦ/t=Bld/t 

通过电阻R的感应电流的平均值为I平均=E平均/(R+r)

通过电阻R的电荷量q=I平均t=0.51C

(3)设导体杆离开磁场时的速度大小为υ2,运动到圆轨道最高点的速度为υ3,因导体杆恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点,根据牛顿第二定律,对导体杆在轨道最高点时有 mg=mυ23/R0  

对于导体杆从NN′运动至PP′的过程,根据机械能守恒定律有+mg2R0解得υ2=5.0m/s

导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能ΔE==1.1J

此过程中电路中产生的焦耳热为Q=ΔE-μmgd=0.94J

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简答题

如图所示,磁场的方向垂直于xOy平面向里。磁感应强度B沿+y方向没有变化,沿+x方向均匀增加,每经过1 cm增加量为1.0×10-4 T,即有一个长L=0. 20 m,宽h=0.10 m的不变形的矩形金属线圈,以v=20 m/s的速度沿+x方向匀速运动。

(1)线圈中感应电动势E是多少?

(2)如果线圈电阻R=0.02 Ω,求线圈中感应电流的大小和方向;

(3)为保持线圈的匀速运动,需要多大外力?

正确答案

解:(1)设线圈向右移动一段距离△s,则通过线圈的磁通量变化为

而所需时间为

根据法拉第电磁感应定律,感应电动势为

解得E=4×10-3 V

(2)根据欧姆定律可得感应电流I

由楞次定律得,感应电流沿逆时针方向

(3)解法一:线圈消耗的电功率P=IE=8×10-4 W

根据能量守恒得外力的机械功率P=P=8×10-4 W

又P=Fv,得外力

解法二:线圈匀速运动,外力与安培力平衡,由平衡条件得

 

代入数据解得F=4×10-5 N

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