- 法拉第电磁感应定律
- 共387题
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=2I0②
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 ④
(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=RI0⑥
联立①②④⑤⑥式得 v=⑦
解析
略。
知识点
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
正确答案
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
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。电阻的垂直于。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 ①
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
③
ab中的感应电动势E=④
MN中电流 ⑤
MN受到的安培力 ⑥
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: ⑨
由能量守恒定律,得:⑩
代入数据解得x=1.1m⑾
知识点
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
,
当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
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
正确答案
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
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