- 电磁感应
- 共893题
8.如图所示,边长为、总电阻为
的均匀正方形线框abcd放置在光滑水平桌面上,其cd边右侧紧邻两个磁感应强度为
、宽度为
、方向相反的有界匀强磁场。现使线框以速度
匀速通过磁场区域,从开始进入,到完全离开磁场的过程中,下列图线能定性反映线框中的感应电流(以逆时针方向为正)和a、b两点间的电势差随时间变化关系的是( )
正确答案
解析
线圈进入左侧磁场0-L的过程中,E=BLv0,电流,方向为逆时针方向,为正;则a的电势比b的电势高,ab间的电势差为:
,在L-2L的过程中,总电动势为E=2BLv0,电流
,方向为顺时针方向,为负.当cd边开始进入垂直纸面向外的磁场时,cd和ab都做切割磁感线运动,只分析cd单独做切割磁感线运动时,
,ab单独做切割磁感线运动时,ab为电源,ab两端电压为外电路电压,
,叠加得;a的电势比b的电势高,ab间的电势差
,在2L-3L的过程中,E=BLv0,电流
,方向为逆时针方向,为正;a的电势比b的电势低,ab间的电势差
,故AC正确,BD错误.
考查方向
导体切割磁感线时的感应电动势;楞次定律
解题思路
由E=BLv求出感应电动势,由欧姆定律求出感应电流和ab间的电压,分段研究,然后选择图象.
易错点
通过楞次定律判断感应电流的方向,通过ab两点电势差的表达式分式各项.
知识点
18.如图所示,将一根绝缘硬金属导线弯曲成一个完整的正弦曲线形状,它通过两个小金属环a、b与长直金属杆导通,在外力F作用下,正弦形金属线可以在杆上无摩擦滑动.杆的电阻不计,导线电阻为R,ab间距离为2L,导线组成的正弦图形顶部或底部到杆距离都是.在导线和杆平面内有一有界匀强磁场区域,磁场的宽度为2L,磁感应强度为B.现在外力F作用下导线沿杆以恒定的速度v向右运动,在运动过程中导线和杆组成的平面始终与磁场垂直.t=0时刻导线从O点进入磁场,直到全部穿过磁场,外力F所做功为( )
正确答案
解析
金属导线产生的感应电动势瞬时值为e=Byv,y是有效切割长度:
得到
不变
则线圈中产生正弦式交变电流,
其感应电动势的有效值为:
因为线圈进入和穿出磁场产生的内能相等,外力做功相等.
故导线全部穿过磁场过程,外力F所做功为
故选B
考查方向
电磁感应中的能量转化
解题思路
正弦曲线形状金属导线以恒定的速度v穿过磁场过程中,线圈中产生正弦式交变电流,求出感应电动势的最大值,再求出有效值,根据功能关系求解外力F所做的功.
易错点
交变电流求热量时,要用有效值
知识点
如图所示,N匝矩形金属线圈的质量为m,电阻为R,放在倾角为θ的光滑斜面上,其ab边长度为L且与斜面底边平行。与ab平行的两水平虚线MN、PQ之间,在t=0时刻加一变化的磁场,磁感应强度B大小随时间t的变化关系为B=kt,方向垂直斜面向上。在t=0时刻将线圈由图中位置静止释放,在t=t1时刻ab边进入磁场,t=t2时刻ab边穿出磁场。线圈ab边刚进入磁场瞬间电流为0,穿出磁场前的瞬间线圈加速度为0.(重力加速度为g)求:
24.t=t1时刻动生电动势E1的大小和方向;
25.MN、PQ之间的距离d;
26.从t= 0到t1过程中线圈产生的热量Q;
27.t=t2时刻线圈的速度v2
正确答案
见解析
解析
考查方向
解题思路
对物体受力分析可知,在t1之前线圈不受安培力做匀加速直线运动由牛顿第二定律可知其加速度,可得t1时刻速度,进而求得感应电动势,可得线圈中产生电流强度。由ab边进入磁场瞬间电流为零,可知产生电动势恰好抵消,进而求得磁场宽度。根据电流强度可得产生电热。T=t2时瞬间线圈加速度为0,根据受力平衡可得。
易错点
正确的分析线圈受力的过程和应用线圈电流为零加速度为零是解题的关键
正确答案
见解析
解析
考查方向
解题思路
对物体受力分析可知,在t1之前线圈不受安培力做匀加速直线运动由牛顿第二定律可知其加速度,可得t1时刻速度,进而求得感应电动势,可得线圈中产生电流强度。由ab边进入磁场瞬间电流为零,可知产生电动势恰好抵消,进而求得磁场宽度。根据电流强度可得产生电热。T=t2时瞬间线圈加速度为0,根据受力平衡可得。
易错点
正确的分析线圈受力的过程和应用线圈电流为零加速度为零是解题的关键
正确答案
见解析
解析
考查方向
解题思路
对物体受力分析可知,在t1之前线圈不受安培力做匀加速直线运动由牛顿第二定律可知其加速度,可得t1时刻速度,进而求得感应电动势,可得线圈中产生电流强度。由ab边进入磁场瞬间电流为零,可知产生电动势恰好抵消,进而求得磁场宽度。根据电流强度可得产生电热。T=t2时瞬间线圈加速度为0,根据受力平衡可得。
易错点
正确的分析线圈受力的过程和应用线圈电流为零加速度为零是解题的关键
正确答案
见解析
解析
考查方向
解题思路
对物体受力分析可知,在t1之前线圈不受安培力做匀加速直线运动由牛顿第二定律可知其加速度,可得t1时刻速度,进而求得感应电动势,可得线圈中产生电流强度。由ab边进入磁场瞬间电流为零,可知产生电动势恰好抵消,进而求得磁场宽度。根据电流强度可得产生电热。T=t2时瞬间线圈加速度为0,根据受力平衡可得。
易错点
正确的分析线圈受力的过程和应用线圈电流为零加速度为零是解题的关键
18.当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时,从中释放一颗卫星,卫星位于航天飞机正上方,卫星与航天飞机保持相对静止,两者用导电缆绳相连,这种卫星称为绳系卫星。现有一颗绳系卫星在地球上空沿圆轨道运行,能够使缆绳卫星端电势高于航天飞机端电势的是
正确答案
解析
地球的地理南极为地球的磁北极,地球的地理北极为地球的磁南极,根据右手定则,要使缆绳卫星端电势高于航天飞机端电势,电缆绳需在赤道平面自西向东运动,或者有自西向东运动的分速度,故A、D选项正确。
考查方向
1、考查地球磁场的分布:地理南极为地球的磁北极,地理北极为地球的磁南极,并且存在一定的偏角。
2、考查导体切割磁感线时电流方向的判断,及导体在磁场中运动产生感应电动势的条件。
解题思路
1、明白地球的南北极与地球磁场的南北极的关系。
2、根据右手定则判断电流的方向。
易错点
1、误认为地球南北极就是地球磁场的南北极。
2、对导体切割磁感线电流的方向判断不清楚。
知识点
19.相距L=1 m的足够长金属导轨竖直放置,质量为m1=1 kg的金属棒ab和质量为m2=0.02 kg的金属棒cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上,如图所示,虚线上方磁场的磁感应强度B=1T,方向垂直纸面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处磁场磁感应强度大小相同。 ab棒光滑,cd棒与导轨间动摩擦因数为μ=0.4,两棒的电阻均为R=2Ω,其余电阻不计.ab棒在方向竖直向上的拉力F作用下,从静止开始沿导轨竖直向上做匀加速运动,加速度
=1m/s2,同时cd棒在竖直向下的磁场中也由静止释放。(g=10 m/s2)求:
⑴当时间t=2s时拉力F的大小;
⑵当cd棒通过2C的电量时,其产生的热量为2.5J,则外力F需要做功为多少;
⑶判断cd棒将做怎样的运动,求出cd棒达到最大速度所需的时间t0,并在右图中定量画出cd棒所受摩擦力Ffcd随时间变化的图象。
正确答案
(1)F=11.5N
(2)WF=93J
(3)见解析
解析
⑴
F=11.5N
⑵
又
⑶ cd棒先做加速度逐渐减小的加速运动,当cd棒所受重力与滑动摩擦力相等时,速度达到最大;后做加速度逐渐增大的减速运动,最后停止运动.当cd棒速度达到最大时,有:,又
,整理解得:
,
对abcd回路,有:,得:
,
又代入数据解得:
fcd随时间变化的图象如图所示。
考查方向
解题思路
(1)由E=BLv、 、F=BIL、v=at,及牛顿第二定律得到F
(2)由
求出金属棒ab的位移,根据动能定理求出两金属棒产生的总焦耳热.
(3)分析cd棒的运动情况:cd棒先做加速度逐渐减小的加速运动,当cd棒所受重力与滑动摩擦力相等时,速度达到最大;然后做加速度逐渐增大的减速运动,最后停止运动.
cd棒达到最大速度时重力与摩擦力平衡,而cd棒对导轨的压力等于安培力,可求出电路中的电流,再由E=BLv、欧姆定律求出最大速度.
易错点
本题中cd棒先受到滑动摩擦,后受到静摩擦,发生了突变,要仔细耐心分析这个动态变化过程.滑动摩擦力与安培力有关,呈现线性增大.
知识点
如图所示,在竖直平面内有一质量为2m的光滑“”形线框EFCD,EF长为L,电阻为r;
,电阻不计。FC、ED的上半部分(长为L)处于匀强磁场Ⅰ区域中,且FC、ED的中点与其下边界重合。质量为m、电阻为3r的金属棒MN用最大拉力为2mg的绝缘细线悬挂着,其两端与C、D两端点接触良好,处在磁感应强度为B的匀强磁场Ⅱ区域中,并可在FC、ED上无摩擦滑动。现将“
”形线框由静止释放,当EF到达磁场Ⅰ区域的下边界时速度为v,细线刚好断裂,Ⅱ区域内磁场消失。重力加速度为g。
40.求整个过程中,克服安培力做的功。
41.求EF刚要出磁场Ⅰ时产生的感应电动势。
42.线框的EF边追上金属棒MN时,金属棒MN的动能?
正确答案
解析
整个过程中,只有线框EFCD受到的安培力做功。对线框EFCD,从静止到EF到达Ⅰ区域的下边界过程,根据动能定理,得到
,解得
考查方向
解题思路
首先根据动能定理可以求安培力做功,同过感应电动势公式求解电动势,再利用运动规律,动能定理求动能。
易错点
动能定理的计算以及金属棒在这个过程中的运功特点
正确答案
解析
对MN,细线刚好断裂前,,
,得到
;
EF刚要出磁场Ⅰ时产生的感应电动势
考查方向
解题思路
首先根据动能定理可以求安培力做功,同过感应电动势公式求解电动势,再利用运动规律,动能定理求动能。
易错点
动能定理的计算以及金属棒在这个过程中的运功特点
正确答案
解析
设下落时间t时追上。
对MN, 对线框,
,联解得到
,
追上时,MN的速度为,动能为
考查方向
解题思路
首先根据动能定理可以求安培力做功,同过感应电动势公式求解电动势,再利用运动规律,动能定理求动能。
易错点
动能定理的计算以及金属棒在这个过程中的运功特点
4.如图所示,边长为2l的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个边长为l的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直,导线框的一条对角线和虚线框的一条对角线恰好在同一直线上.从t=0开始,使导线框从图示位置开始以恒定速度沿对角线方向移动进入磁场,直到整个导线框离开磁场区域.用I表示导线框中的感应电流(以逆时针方向为正).则下列表示I-t关系的图线中,正确的是( )
正确答案
解析
A、B选项,导线框完全进入磁场后,没有感应电流产生,故A、B均错误。
C、进入和穿出磁场过程,线框有效切割长度变化,感应电动势和感应电流在变化,故C错误.
D、线框进入磁场过程,有效切割长度L均匀增大,感应电动势E均匀增大,感应电流I均匀增大.穿出磁场过程,有效切割长度L均匀减小,感应电动势E均匀减小,感应电流I均匀减小,两个过程电流方向相反,故D正确。
考查方向
1、考查电感应电流产生的条件: ①电路必须闭合 ②穿过回路的磁通量要发生变化
2、考查根据楞次定律判断电流方向。
解题思路
1、首先将复杂的过程划分为几个单一的小过程,逐一分析每一个小过程。
2、根据楞次定律或右手定则判断出感应电动势 (或电流)的方向,从而确定其正负。
3、根据法拉第电磁感应定律判定出感应电动势的大小变化规律,进而确定出感应电流。
易错点
容易对线框进入磁场中切割磁感线的有效长度的变化判断不准确
知识点
如图甲所示,弯折成90°角的两根足够长金属导轨平行放置,形成左右两导轨平面,左导轨平面与水平面成53°角,右导轨平面与水平面成37°角,两导轨相距L=0.2m,电阻不计.质量均为m=0.1kg,电阻均为R=0.1Ω的金属杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路,金属杆与导轨间的动摩擦因数均为μ=0.5,整个装置处于磁感应强度大小为B=1.0T,方向平行于左导轨平面且垂直右导轨平面向上的匀强磁场中.t=0时刻开始,ab杆以初速度v1沿右导轨平面下滑.t=ls时刻开始,对ab杆施加一垂直ab杆且平行右导轨平面向下的力F,使ab开始作匀加速直线运动.cd杆运动的v﹣t图象如图乙所示(其中第1s、第3s内图线为直线).若两杆下滑过程均保持与导轨垂直且接触良好,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:
30.在第1秒内cd杆受到的安培力的大小
31.ab杆的初速度v1
32.若第2s内力F所做的功为9J,求第2s内cd杆所产生的焦耳热.
正确答案
(1)0.2N
解析
(1)对c d杆,由v﹣t图象得:, ①
由牛顿第二定律得:mgsin53°﹣μ(mgcos53°+F安)=ma1 ②
解得:F安=0.2N ③
考查方向
解题思路
对cd杆受力分析,结合v-t图象求得加速度,由牛顿第二定律求得安培力。回路中感应电流大小,感应电流是ab棒运动产生,再由电磁感应定律求得ab的速度,同理一样通过cd求得2s末时ab棒的速度,根据运动知识求得ab运动得距离,再由动能定理求解焦耳热。
易错点
从v-t图象解得加速度,对CD棒的受力分析,根据状态列出第二定律的方程问题,不能丢力,注意力的方向问题。
正确答案
1m/s
解析
(2)对ab杆,感应电动势:E=BLv1 ④
电流:I= ⑤
cd杆的安培力:F安=BIL ⑥
解得:V1=1m/s. ⑦
考查方向
解题思路
对cd杆受力分析,结合v-t图象求得加速度,由牛顿第二定律求得安培力。回路中感应电流大小,感应电流是ab棒运动产生,再由电磁感应定律求得ab的速度,同理一样通过cd求得2s末时ab棒的速度,根据运动知识求得ab运动得距离,再由动能定理求解焦耳热。
易错点
从v-t图象解得加速度,对CD棒的受力分析,根据状态列出第二定律的方程问题,不能丢力,注意力的方向问题。
正确答案
3J
解析
由题意得第3s内cd的加速度:a2=﹣4m/s2 ⑧
设2s时ab杆的速度为v2,对cd杆,由牛顿第二定律得:=ma2 ⑨
解得:V2=9m/s ⑽
有运动学知识得2s内ab杆的位移: ⑾
由动能定理得: ⑿
又WF=9J ⒀
WG=mgx2sin37° ⒁
Wf=﹣μmgx2cos37° ⒂
﹣W安=2Qcd ⒃
解得:Qcd=3J ⒄
考查方向
解题思路
对cd杆受力分析,结合v-t图象求得加速度,由牛顿第二定律求得安培力。回路中感应电流大小,感应电流是ab棒运动产生,再由电磁感应定律求得ab的速度,同理一样通过cd求得2s末时ab棒的速度,根据运动知识求得ab运动得距离,再由动能定理求解焦耳热。
易错点
从v-t图象解得加速度,对CD棒的受力分析,根据状态列出第二定律的方程问题,不能丢力,注意力的方向问题。
如图a所示,水平放置着两根相距为d=0.1 m的平行金属导轨MN与PQ,导轨的电阻忽略不计且两导轨用一根电阻也不计的导线相连.导轨上跨放着一根粗细均匀长为L=0.3m、电阻R=3.0 Ω的金属棒ab,金属棒与导轨正交,交点为c、d. 整个空间充满垂直于导轨向上的磁场,磁场B随时间变化的规律如图b所示. 开始时金属棒在3s前静止距离NQ为2m处,3s后在外力作用下以速度v=4.0 m/s向左做匀速直线运动,试求:
13.0~3S末回路中产生电流的大小和方向;
14.6 S ~8S过程中通过金属棒横截面的电荷量为多少?
15. t=12s时金属棒ab两端点间的电势差为多少?
正确答案
0.6A 顺时针;
解析
(1) 3S末回路中产生电流的方向为顺时针方向,由图b可知,3s末磁感应强度 B=1.5T
回路中产生的感生电动势为 E感= =0.5×0.1×4×3=0.6 V
回路中感应电流为:=0.6A
考查方向
解题思路
首先根据法拉第电磁感应定律求出电动势,然后在计算电流和电势差
易错点
求电荷量不能用瞬时电流,电势差不等于电动势
正确答案
1.6C
解析
(2)E=BdV=0.8V
=0.8A
q=It=1.6C
考查方向
解题思路
首先根据法拉第电磁感应定律求出电动势,然后在计算电流和电势差
易错点
求电荷量不能用瞬时电流,电势差不等于电动势
正确答案
1.6V
解析
(3) t=12s时金属棒ab两端点间的电势差U=B(L-d)V=1.6V
考查方向
解题思路
首先根据法拉第电磁感应定律求出电动势,然后在计算电流和电势差
易错点
求电荷量不能用瞬时电流,电势差不等于电动势
6. 北半球某处,地磁场水平分量B1=0.8×10-4T,竖直分量B2=0.5×10-4T,海水向北流动,海洋工作者测量海水的流速时,将两极板插入此海水中,保持两极板正对且垂线沿东西方向,两极板相距d=20m,如图所示,与两极板相连的电压表(可看做是理想电压表)示数为U=0.2mV,则
正确答案
解析
由题意知,海水向北流动,根据右手定则可知,西侧极板电势高,东侧极板电势低,A对B错;C、正负离子在两极板聚集,两极板间形成电场,最终最终正负离子受电场力和洛伦兹力处于平衡,由平衡条件得:qvB=q,解得:v=
=
=0.2m/s,故C错误,D正确;
考查方向
解题思路
海水向南流动时,正负离子向南流动,受到洛伦兹力向东西方向偏转,打在两极板上,在两极板间形成电场,最终正负离子受电场力和洛伦兹力处于平衡,根据平衡求出流速
易错点
本题的关键知道海水向北流动时,正负离子向北流动,受到洛伦兹力向东西方向偏转,打在两极板上,在两极板间形成电场,最终正负离子受电场力和洛伦兹力处于平衡
知识点
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