- 法拉第电磁感应定律
- 共3714题
一个200匝、面积200cm2的圆线圈,放在一匀强磁场中,若磁场的方向与线圈平面垂直,现让磁感强度在0.05s内由0.1T均匀地增加到0.5T,在此过程中,穿过线圈的磁通量变化量是______Wb,磁通量的变化率是______Wb/s,线圈中感应电动势的大小是______V.
正确答案
圆线圈在匀强磁场中,现让磁感强度在0.05s内由0.1T均匀地增加到0.5T.
所以穿过线圈的磁通量变化量是:△∅=∅2-∅1=(B2-B1)S=0.008Wb
而磁通量变化率为:=
Wb/s=0.16Wb/s
则线圈中感应电动势大小为:E=N=32V
故答案为:0.008;0.16;32
如图所示,将一磁铁插入闭合线圈,第一次迅速地插入(△t1=0.1 s ),第二次是缓慢地插入(△t2 =1 s).求线圈中感应电荷量之比.
正确答案
解:在第一、二两次插入磁铁的过程中穿过线圈的磁通量的变化量相等,结合公式可求出
根据I=q/t和E=n△φ/△t得电荷量之比:
q1/q2=(I1·△t1)/(I2·△t2)=(E△t1/R1)/(E△t2/R2)=(n1△φ1/R1)/(n2△φ2/R2) ①
△φ1=△φ2,R1=R2,n1=n2 ②
由①②两式得:
如图所示,在虚线圆周内有一均匀的磁场,其磁感应强度B正以0.1T/s的变化率减小.在圆周内放一金属圆环(图中实线),使圆环平面垂直磁场.已知此圆环半径为0.1m.
(1)圆环中产生的感应电动势为多大?
(2)设圆环的电阻为1Ω,则圆环中的电流为多大?
(3)仍设圆环的电阻为1Ω,但在环上某处将圆环断开,并在断开形成的两端点间接入一个4Ω的电阻,这两端点的电压为多大?
正确答案
(1)由法拉第电磁感应定律,则有:
E=N=N
•S=0.1×π×0.12V=3.14×10-3V;
(2)由闭合电路欧姆定律,则有:
I==
A=3.14×10-3A;
(3)由题意可知,电阻4Ω与圆环电阻1Ω,相串联,则电阻4Ω的电压为:
U=R=
×4V=2.51×10-3V;
答:(1)圆环中产生的感应电动势为3.14×10-3V;
(2)设圆环的电阻为1Ω,则圆环中的电流为3.14×10-3A;
(3)两端点间接入一个4Ω的电阻,这两端点的电压为2.51×10-3V.
某同学利用如图装置研究磁铁下落过程中的重力势能与电能之间的相互转化.内阻r=40Ω的螺线管固定在铁架台上,线圈与电流传感器、电压传感器和滑动变阻器连接.滑动变阻器最大阻值40Ω,初始时滑片位于正中间20Ω的位置.打开传感器,将质量m=0.01kg的磁铁置于螺线管正上方静止释放,磁铁上表面为N极.穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止(磁铁下落中受到的阻力远小于磁铁重力,不发生转动),释放点到海绵垫高度差h=0.25m.计算机屏幕上显示出如图的UI-t曲线.
(1)磁铁穿过螺线管过程中,螺线管产生的感应电动势最大值约为______V.
(2)(多选题)图象中UI出现前后两个峰值,对比实验过程发现,这两个峰值是在磁铁刚进入螺线管内部和刚从内部出来时产生的,对这一现象相关说法正确的是______
(A)线圈中的磁通量经历先增大后减小的过程
(B)如果仅略减小h,两个峰值都会减小
(C)如果仅略减小h,两个峰值可能会相等
(D)如果仅移动滑片,增大滑动变阻器阻值,两个峰值都会增大
(3)在磁铁下降h=0.25m的过程中,可估算重力势能转化为电能的效率是______.
正确答案
(1)由UI-t曲线可知线圈的最大输出功率为:P出=0.0063W ①
线圈输出功率表达式为:P出=I2R外 ②
根据闭合电路欧姆定律得:E=I(R内+R外) ③
联立①②③将R内=40Ω,R外=20Ω代入得E=1.06V (1.0~1.1都对)
故答案为:1.06V.
(2)磁铁进入线框时,磁通量增大,当磁铁从线框出来时,磁通量减小,故A正确;
当h减小时,磁铁进入线框的速度减小,导致线框中磁通量的变化率减小,因此两个峰值都会减小,且两个峰值不可能相等,故B正确,C错误;
根据闭合电路欧姆定律可知,当外电阻等于内电阻时,电源的输出功率最大,本题中滑动变阻器的最大阻值与内阻相等,因此增大滑动变阻器阻值,两个峰值都会增大,故D正确.
故选ABD.
(3)下落过程减小的重力势能为:EP=mgh=0.025J
根据图象物理意义可知:图象与横轴围成面积大小等于下落过程中电源的输出电能:E出=6.67×10-5J ①
所以总能量为:E= ②
重力势能转化为电能的效率为:×% ③
联立①②③得重力势能转化为电能的效率为:0.8% (0.7%~0.9%都对)
故答案为:0.8%.
如图所示,AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨,两导轨间的距离为L,导轨平面与水平面的夹角是θ,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场,磁感应强度为B.在导轨的AC端连接一个阻值为R的电阻,导轨的电阻不计.一根垂直于导轨放置的金属棒ab,电阻为r 质量为m,从静止开始沿导轨下滑,下滑高度为H时达到最大速度.不计摩擦,求在此过程中:
(1)ab 棒的最大速度
(2)通过电阻R的热量
(3)通过电阻R的电量.
正确答案
(1)金属棒向下做加速度减小的加速运动,当加速度a=0时,速度达到最大.
有mgsinθ=FA
FA=BIL
I=
联立三式得,mgsinθ=,
所以vm=.
(2)根据能量守恒得:
mgH=mvm2+Q总
所以整个回路产生的热量Q总=mgH-mvm2
则通过电阻R的热量QR=Q总=
R
(3)下滑高度为H的过程中磁通量的增加量为△Φ=.
通过电阻R的电量q=△t=
=
.
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