- 法拉第电磁感应定律
- 共3714题
如图所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转动轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电.已知自行车车轮半径r=35cm,摩擦小轮半径r0=1.00cm,线圈有n=800匝,线圈横截面积S=20cm2,总电阻R1=40Ω.磁极在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场,其磁感应强度大小为B=0.01T,车头灯电阻R2=10Ω.当车轮转动的角速度ω=8rad/s时,求:
(1)发电机磁极转动的角速度;
(2)车头灯中电流的有效值(结果保留两位有效数字).
正确答案
(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有:
r0ω0=rω
所以:ω0==
=280rad/s
(2)摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势的最大值为:
Em=NBSω0=800×0.01×280×20×10-4=4.48V
感应电动势的有效值:E==
=3.2V
通过电流的有效值:I==0.064A
答:(1)发电机磁极转动的角速度280rad/s.
(2)车头灯中电流的有效值0.064A.
如图(a),一个电阻值为R,匝数为n的圆形金属线与阻值也为2R的电阻R1连结成闭合回路.线圈的半径为r.在线圈包围的空间内,存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示.图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0.导线的电阻不计.求0至t时间内
(1)通过电阻R1上的电流大小和方向;
(2)通过电阻R1上的电量q.
正确答案
(1)由图象分析可知,0至t0时间内:=
,
由法拉第电磁感应定律得,感应电动势:E=n=n
S,
其中:S=πr2,
由闭合电路欧姆定律得,电流:I=,
解得,通过电阻R1上的电流:I=,
由楞次定律可知,通过电阻R1上的电流方向为从b到a
(2)通过电阻R1上的电量:q=It=;
答:(1)通过电阻R1上的电流大小为:,方向:从b到a;
(2)通过电阻R1上的电量为.
如图所示,固定在水平桌面上平行光滑金属导轨cd、eg之间的距离为L,d、e两点接一个阻值为R的定值电阻,整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中(磁场范围足够大)。有一垂直放在导轨上的金属杆ab,其质量为m、电阻值为r0在平行导轨的水平拉力F的作用下做初速度为零的匀加速直线运动,F随时间t变化规律为F=F0+kt,其中F0和k为已知的常量,经过t0时间撤去拉力F.轨道的电阻不计。求
(1)t0时金属杆速度的大小v0;
(2)磁感应强度的大小B;
(3)t0之后金属杆ab运动速度大小v随位移大小x变化满足:,试求撤去拉力F到金属杆静止时通过电阻R的电荷量q。
正确答案
(1)(2)
(3)
(1)金属杆的加速度大小为,时刻速度大小为
,电流为,则
①(2分)
②(2分)
③(1分)
由①②③得 ④(1分)
由于是恒量,所以必须
⑤(1分)
即 ⑥(2分)
⑦(2分)
(2)由⑤得 ⑧(2分)
把⑥代入得 ⑨(2分)
(3)金属杆从撤去拉力F到静止时通过的距离满足
得
⑩ (1分)
通过电阻的电荷量
11 (1分)
其中 12 (1分)
由⑩1112式得 13(1分)
将⑦⑨代入得 14 (1分)
如图所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转动轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电.已知自行车车轮半径r=35cm,摩擦小轮半径r0=1.00cm,线圈有n=800匝,线圈横截面积S=20cm2,总电阻R1=40Ω.磁极在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场,其磁感应强度大小为B=0.01T,车头灯电阻R2=10Ω.当车轮转动的角速度ω=8rad/s时,求:
(1)发电机磁极转动的角速度;
(2)车头灯中电流的有效值(结果保留两位有效数字).
正确答案
(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有:
r0ω0=rω
所以:ω0==
=280rad/s
(2)摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势的最大值为:
Em=NBSω0=800×0.01×280×20×10-4=4.48V
感应电动势的有效值:E==
=3.2V
通过电流的有效值:I==0.064A
答:(1)发电机磁极转动的角速度280rad/s.
(2)车头灯中电流的有效值0.064A.
如图所示,足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ竖直放置,一个磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场垂直穿过导轨平面,导轨的上端M与P间连接阻值为R=0.3Ω的电阻,长为L=0.40m,电阻为r=0.2Ω的金属棒ab紧贴在导轨上.现使金属棒ab由静止开始下滑,通过传感器记录金属棒ab下滑的距离,其下滑的距离与时间的关系如下表所示,导轨的电阻不计.(g=10m/s2)
求:
(1)在前0.4s的时间内,金属棒ab电动势的平均值.
(2)在0.7s时,金属棒ab两端的电压值.
(3)在前0.7s的时间内,电阻R上产生的热量Q.
正确答案
(1)根据法拉第电磁感应定律得:
金属棒ab电动势的平均值=
=
=0.6V.
(2)从表格中数据可知,0.3s后棒做匀速运动
速度v==5m/s.
由mg-F=0,F=BIL,
I=,E=BLv.
解得m=0.04 Kg
∴ab棒两端的电压,u=E-Ir=0.6V
(3)棒在下滑过程中,有重力和安培力做功,根据动能定理得:
mgs+W安=mv2-0
克服安培力做的功等于回路的焦耳热,
W安=-Q
QR=Q
解得 Q=0.348J
答:(1)在前0.4s的时间内,金属棒ab电动势的平均值是0.6V.
(2)在0.7s时,金属棒ab两端的电压值是0.6V.
(3)在前0.7s的时间内,电阻R上产生的热量Q是0.348J.
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