- 法拉第电磁感应定律
- 共3714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.
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.
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
到
金属环产生的热量是相等的.
则有Q1=I2R=
所以Q=2Q1=
(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入=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-mgh-
mv02
Q=(-I2R)t-mgh-
mv02
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安=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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