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题型:简答题
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简答题

如图所示的U形导轨水平放置,导轨宽l=1m,左端连接阻值为0.4Ω的电阻R.在导轨上垂直于导轨放一电阻为0.1Ω的导体棒MN,并用水平轻绳通过定滑轮吊着质量

m=48g的重物,图中L=1.6m.开始时重物与水平地面接触并处于静止.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度B0=0.05T,并且以=0.05T/s的变化率在增大.不计摩擦阻力(g取10m/s2),求

(1)至少经过多长时间才能将重物吊起?

(2)当重物刚要被吊起时,在电阻R上产生的热量为多少?

正确答案

(1)以MN为研究对象,有BIL=FT

以重物为研究对象,有FT+FN=mg,由于B在增大,安培力BIL增大,绳的拉力FT增大,地面的支持力FN减小,当FN=0时,此时

I==0.16A

BIL=mg

解得B=3T.

则t==59s.

(2)根据Q=I2Rt得,

Q=0.162×0.4×59≈0.6J.

答:(1)经过59s才能将重物吊起.

(2)当重物刚要被吊起时,在电阻R上产生的热量为0.6J.

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简答题

有一个1000匝的线圈(线圈电阻忽略不计),在0.4s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb,求:

(1)线圈中的感应电动势是多大?

(2)若把一个10Ω的电阻接在线圈两端,这段时间内电阻上产生的热量是多少?

正确答案

据法拉第电磁感应定律:E==1000×V=200V

据闭合电路的欧姆定律得I==A=20A

由焦耳定律得:Q=I2R=400×10J=4000J

答:(1)线圈中的感应电动势是200V.

(2)若把一个10Ω的电阻接在线圈两端,这段时间内电阻上产生的热量是4000J.

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简答题

一电阻为R的金属圆环,放在匀强磁场中,磁场与圆环所在平面垂直,如图(a)所示.已知通过圆环的磁通量随时间t的变化关系如图(b)所示,图中的最大磁通量Ф0和变化周期T都是已知量,求:

(1)在t=0到t=的时间内,通过金属圆环的电流大小及方向;

(2)在t=0到t=T的时间内,金属环所产生的电热Q.

正确答案

(1)由法拉第电磁感应定律E=N得,

  E==

由闭合电路殴姆定律得:I== 

由楞次定律可知:感应电流方向----逆时针

(2)在t=0到t=T的时间内,从 到到T,由于磁通量不变,所以金属环不发热.而从0到 金属环产生的热量与从金属环产生的热量是相等的.

则有Q1=I2R= 

所以Q=2Q1=

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简答题

(21分)如图所示,一个矩形线圈的ab、cd边长为L1,ad、bc边长为L2,线圈的匝数为N,线圈处于磁感应强度为B的匀强磁场中,并以OO/为中轴做匀速圆周运动,(OO/与磁场方向垂直,线圈电阻不计),线圈转动的角速度为ω,设转动从中性面开始计时,请回答下列问题:

(1)请用法拉第电磁感应定律证明该线圈产生的是正弦交流电。

(2)将线圈产生的交流电通入电阻为R的电动机时,形成的电流有效值为I,请计算该电动机的输出的机械功率(其它损耗不计)。

(3)用此电动机将竖直固定的光滑U型金属框架上的水平导体棒EF从静止向上拉,已知导体棒的质量为m,U型金属框架宽为L且足够长,内有垂直向里的匀强磁场,磁感应强度为B0,导体棒上升高度为h时,经历的时间为t,且此时导体棒刚开始匀速上升,棒有效电阻为R0,金属框架的总电阻不计,棒与金属框架接触良好,请计算:

①导体棒匀速上升时的速度和已知量的关系。

②若t时刻导体棒的速度为v0,求t时间内导体棒与金属框架产生的焦耳热。

正确答案

(1)证明见解析。

(2)P=-I2R

(3)①-I2R= mgv+

②Q=(-I2R)t-mgh-mv02

(1)(6分)证明:如图所示,边长L1切割磁感线产生电动势

e1=BL1V=BL1Vsinωt  而线速度V=

∴ e1=BL1sinωt 因有两个边切割,且有N匝

∴ e="2N" e1=NBL1L2ωsinωt   即:e=Emsinωt

(2)次电流通过电动机时,输入的功率

由能量守恒知: P=PQ+P(P为机械功率)

∴P=-I2R           (5分)

(3)①(5分)电机带导体棒匀

速上升。受力如图

F=B0IL+mg    I= ,F=

=mg+

即:-I2R= mgv+

②(5分)对上升h应用动能定理:Pt-W-mgh=mv02-0

Q="W=" Pt-mghmv02

Q=(-I2R)t-mgh-mv02

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简答题

如图所示,水平平行放置的两根长直导轨MN和PQ上放着一根直导线ab,ab与导轨垂直,它在两导轨间的长度是20cm,电阻0.02Ω.导轨部分处于方向竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.20T,R=0.08Ω,其余电阻不计,ab的质量为0.01kg.

(1)打开开关S,ab在水平恒力F=0.01N的作用下,由静止开始沿导轨滑动,在此过程中,ab上产生的感应电动势随时间变化的表达式怎样?

(2)当ab速度达到10m/s时,闭合开关S,为了保持ab仍能以10m/s的速度匀速运动水平拉力应为多少?

(3)在ab以10m/s的速度匀速滑动的某一时刻撤去外力F,开关仍是闭合的,那么从此以后,R上能产生多少焦耳热?

正确答案

(1)打开开关S,ab在水平恒力F=0.01N的作用下做匀加速直线运动,加速度为:a=

由E=BLv,v=at得:E=BLt=0.2×0.2×t=0.04t(V)

(2)闭合开关S,当ab速度达到10m/s做匀速直线运动时,产生的感应电动势为:

E=BLv=0.2×0.2×10V=0.4V

感应电流为:I==A=4A

要使ab保持匀速直线运动,水平拉力与安培力必须平衡,则水平拉力为:

F=F=BIL=0.2×4×0.2N=0.16N

(3)撤去外力F,根据能量守恒定律得:电路中产生的总热量为:

Q=mv2=×0.01×102J=0.5J

根据焦耳定律得:R上能产生的焦耳热为:

QR=Q=×0.5J=0.4J

答:(1)打开开关S,ab在水平恒力F=0.01N的作用下,由静止开始沿导轨滑动,在此过程中,ab上产生的感应电动势随时间变化的表达式是E=0.04t(V).

(2)当ab速度达到10m/s时,闭合开关S,为了保持ab仍能以10m/s的速度匀速运动水平拉力应为0.4N.

(3)在ab以10m/s的速度匀速滑动的某一时刻撤去外力F,开关仍是闭合的,那么从此以后,R上能产生0.4J焦耳热.

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