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题型:简答题
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简答题 · 18 分

如图所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l=0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻,一质量m=0.1 kg,电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T,棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,当棒的位移x=9 m时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,求

(1)棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量q;

(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2

(3)外力做的功WF

正确答案

(1)4.5 C 

(2)1.8 J 

(3)5.4 J

解析

(1)设棒匀加速运动的时间为t,回路的磁通量变化量为Φ,回路中的平均感应电动势为,由法拉第电磁感应定律得

其中Φ=Blx②

设回路中的平均电流为,由闭合电路的欧姆定律得

则通过电阻R的电荷量为

联立①②③④式,代入数据得q=4.5 C⑤

(2)设撤去外力时棒的速度为v,对棒的匀加速运动过程,由运动学公式得v2=2ax⑥

设棒在撤去外力后的运动过程中安培力做功为W,由动能定理得W=0-mv2

撤去外力后回路中产生的焦耳热

Q2=-W⑧

联立⑥⑦⑧式,代入数据得

Q2=1.8 J⑨

(3)由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1,可得Q1=3.6 J⑩

在棒运动的整个过程中,由功能关系可知WF=Q1+Q2

由⑨⑩⑪式得WF=5.4 J。

知识点

法拉第电磁感应定律电磁感应中的能量转化
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

 如图所示,正方形区域MNPQ内有垂直纸面向里的匀强磁场,在外力作用下,一正方形闭合刚性导线框沿QN方向匀速运动,t=0时刻,其四个顶点M′、N′、P′、Q′恰好在磁场边界中点,下列图象中能反映线框所受安培力f的大小随时间t变化规律的是(  )

A

B

C

D

正确答案

B

解析

第一段时间从初位置到M′N′离开磁场,图甲表示该过程的任意一个位置,切割磁感线的有效长度为M1A与N1B之和,即为M1M′长度的2倍,此时电动势E=2Bvtv,线框受的安培力,图象是开口向上的抛物线,CD错误;如图乙所示,线框的右端M2N2刚好出磁场时,左端Q2P2恰与MP共线,此后一段时间内有效长度不变,一直到线框的左端与M′N′重合,这段时间内电流不变,安培力大小不变;最后一段时间如图丙所示,从匀速运动至M2N2开始计时,有效长度为A′C′=l-2vt′,电动势E′=B(l-2vt′)v,线框受的安培力,图象是开口向上的抛物线,A错误,B正确。

知识点

通电直导线在磁场中受到的力法拉第电磁感应定律
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题型:简答题
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简答题 · 15 分

如图,两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置,导轨间距离为L,电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求:

(1)磁感应强度的大小;

(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率。

正确答案

(1)设小灯泡的额定电流I0,有:P=I02R①

由题意,在金属棒沿着导轨竖直下落的某时刻后,小灯泡保持正常发光,流经MN的电流为 I=2I0

此时刻金属棒MN所受的重力和安培力相等,下落的速度达到最大值,有 mg=BLI③

联立①②③式得

(2)设灯泡正常发光时,导体棒的速率为v,由电磁感应定律与欧姆定律得

E=BLv⑤

E=RI0

联立①②④⑤⑥式得 v=

解析

略。

知识点

法拉第电磁感应定律电磁感应中的能量转化
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

如图甲,一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落,穿过一根竖直悬挂的条形磁铁,铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴始终保持重合。若取磁铁中心O为坐标原点,建立竖直向下正方向的x轴,则图乙中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图像是

A

B

C

D

正确答案

B

解析

 由楞次定律可知,感应线圈中电流方向变化,综合分析两个峰值不可能相等,由排除法可知正确答案选D

知识点

法拉第电磁感应定律
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行。已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头方向相同,则i随时间t变化的图线可能是

A

B

C

D

正确答案

A

解析

要求框中感应电流顺时针,根据楞次定律,可知框内磁场要么向里减弱(载流直导线中电流正向减小),要么向外增强(载流直导线中电流负向增大)。线框受安培力向左时,载流直导线电流一定在减小,线框受安培力向右时,载流直导线中电流一定在增大。故答案选A。

知识点

几种常见的磁场法拉第电磁感应定律
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题型:简答题
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简答题 · 18 分

如图所示,质量,电阻,长度的导体棒横放在U型金属框架上。框架质量,放在绝缘水平面上,与水平面间的动摩擦因数,相距0.4m的相互平行,电阻不计且足够长。电阻垂直于。整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度。垂直于施加的水平恒力,从静止开始无摩擦地运动,始终与保持良好接触。当运动到某处时,框架开始运动。设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10m/s2

(1)求框架开始运动时速度v的大小;

(2)从开始运动到框架开始运动的过程中,上产生的热量,求该过程位移x的大小。

正确答案

(1)6m/s  (2)1.1m

解析

(1)ab对框架的压力    

框架受水平面的支持力…②

依题意,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则框架受到最大静摩擦力

ab中的感应电动势E=

MN中电流     ⑤

MN受到的安培力

框架开始运动时…⑦

由上述各式代入数据解得v=6m/s⑧

(2)闭合回路中产生的总热量:

由能量守恒定律,得:

代入数据解得x=1.1m⑾

知识点

法拉第电磁感应定律电磁感应中的能量转化
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题型: 单选题
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单选题 · 6 分

如图,均匀磁场中有一由半圆弧及其直径构成的导线框,半圆直径与磁场边缘重合;磁场方向垂直于半圆面(纸面)向里,磁感应强度大小为B0.使该线框从静止开始绕过圆心O、垂直于半圆面的轴以角速度ω匀速转动半周,在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置,磁感应强度大小随时间线性变化。为了产生与线框转动半周过程中同样大小的电流,磁感应强度随时间的变化率的大小应为

A

B

C

D

正确答案

C

解析

匀速转动时感应电动势与磁场变化时感应电动势相同即可。匀速转动时感应电动势式中R为半径。磁场变化时感应电动势。二者相等可得答案。

知识点

法拉第电磁感应定律
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

一矩形线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场方向垂直,先保持线框的面积不变,将磁感应强度在1 s 时间内均匀地增大到原来的两倍,接着保持增大后的磁感应强度不变,在1 s 时间内,再将线框的面积均匀地减小到原来的一半,先后两个过程中,线框中感应电动势的比值为

A

B1

C2

D4

正确答案

B

解析

本题考查感应电动势的计算。,设原来的磁感应强度为B,线圈面积为S,则前半段过程,后半段过程,时间相等,因此先后两个过程线圈的感应电动势相等,比值为1,B正确。

知识点

法拉第电磁感应定律
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题型:简答题
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简答题 · 19 分

如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为θ的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值电阻。导体棒a和b放在导轨上,与导轨垂直开良好接触。斜面上水平虚线PQ以下区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场。现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界PQ处时,撤去拉力,a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动,此时b棒已滑离导轨。当a棒再次滑回到磁场上边界PQ处时,又恰能沿导轨匀速向下运动。已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为m,重力加速度为g,导轨电阻不计。求

(1)a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中的电流强度Ia与定值电阻中的电流强度Ic之比;

(2)a棒质量ma

(3)a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F。

正确答案

见解析

解析

(1)棒沿导轨向上运动时,棒、棒及电阻中放入电流分别为,有

解得:

(2)由于棒在上方滑动过程中机械能守恒,因而棒在磁场中向上滑动的速度大小与在磁场中向下滑动的速度大小相等,即,设磁场的磁感应强度为,导体棒长为,在磁场中运动时产生的感应电动势为

棒沿斜面向上运动时,

向上匀速运动时,棒中的电流为,则

由以上各式联立解得:

(3)由题可知导体棒沿斜面向上运动时,所受拉力

知识点

闭合电路的欧姆定律通电直导线在磁场中受到的力法拉第电磁感应定律
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题型: 单选题
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单选题 · 3 分

如图,均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置,当a绕O点在其所在平面内旋转时,b中产生顺时针方向的感应电流,且具有收缩趋势,由此可知,圆环a

A顺时针加速旋转

B顺时针减速旋转

C逆时针加速旋转

D逆时针减速旋转

正确答案

B

解析

由题意知:圆环a b电流方向相同,在安培力作用下体现出相互吸引的效果,且根据楞次定律“增反减同”原则,a环在减速旋转。

知识点

法拉第电磁感应定律
下一知识点 : 感生电动势、动生电动势
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