- 感应电动势
- 共85题
如图（甲）所示，一竖直放置的边长为L的正方形导线框，其内有垂直框面向外的均匀变化的磁场，磁场变化如图（乙）所示．导线框两端分别连平行板电容器的两极板M、N，M、N的长度和它们之间的距离都是d，两平行板所在平面与纸面垂直．
（1）一质子沿M、N两板正中央水平射入，恰好打在N板的中点处．已知质子的质量和电量分别为m、e，求M、N两板间的电压UMN和质子入射的初速度v0．
（2）若在M、N间加一垂直纸面的匀强磁场B，质子以初速度v沿两极板的正中央入射时，恰好沿直线通过两板，求M、N间所加磁场B的大小和方向．
（3）若在M、N的右侧有一垂直M、N板的长接收板P，且在接收板与M、N间也存在（2）中所加的同样大小与方向的磁场B，则质子以直线通过M、N板之后恰好没有碰到P板．求M板右端到P板的距离．
正确答案
（1）设平行板电容器两端的电压是U，
则由法拉第电磁感应定律可得：U=
由（乙）图可知：
由①②③式解得：U=
质子在M、N间做类平抛运动，由平抛运动规律可得：
在水平方向：
在竖直方向：
由牛顿第二定律和电场力公式可得：e
由以上式子解得：v0=
（2）质子在M、N板间做匀速直线运动，
它受到电场力和洛仑兹力这一对平衡力作用．
由平衡条件得：evB=e
由⑨式解得：B=
（3）质子恰好没有碰到P板，
质子在磁场中做圆周运动的轨迹与P板相切，
由右图可知：evB=m
由几何知识知M板右端到P板的距离：S=R，
由以上两式解得S=
答：（1）电压为
（2）磁感应强度B=
（3）M板右端到P板的距离得S=
abcd是由粗细均匀的电阻丝制成的长方形线框，已知宽ac=L，长ab=1.25L，导线MN是用与线框相同的电阻丝制作而成，与ab边、cd边接触良好，匀强磁场方向垂直线框平面向里。MN在外力作用下由靠近ac边处向bd边匀速滑动时，可将MN看作一个等效电源，则在滑动过程中，与ac边距离为______________时电源效率最大；与ac边距离为______________时电源的输出功率最大。
正确答案
0.625L，0.25L或L
如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.1 T，矩形线圈的匝数n=100，边长lab=0.2 m，lbc=0.5 m，以角速度ω=100πrad/s绕OO'轴匀速转动，当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
（1）线圈中感应电动势的大小；
（2）由t=0至t=
正确答案
解：（1）方法一：线圈经过时间t转过角度θ=ωt，bc边和da边不切割磁感线，ab边和cd边切割磁感线产生感应电动势，则eab=ecd=nBlabvsinωt，其中
依题意有e=eab+ecd=2eab=2nBlab=nBSωsinωt
Em=nBSω=100×0.l×0.2×0.5×100π V=314 V
e=314sin100πt V
方法二：感应电动势的瞬时值e=nBSωsinωt，由题可知S=lab·lbc=0.2×0.5m2=0.1m2
Em=nBSω=100×0.1×0.1×100π V=314 V
e=314sin100πt V
（2）用E=n
E=n
代入数据得E=200 V
如图所示，矩形线圈abcd的匝数为N=50匝，线圈ab的边长为l1=0.2m，bc的边长为l2=0.25m，在磁感应强度为B=0.4T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴匀速转动，转动的角速度ω=100
（1）穿过线圈平面的最大磁通量Φm；
（2）线圈在图示位置（线圈平面与磁感线平行）时，感应电动势的大小；
（3）1min时间内电阻R上产生的焦耳热Q的大小。
正确答案
解：（1）穿过线圈平面的最大磁通量Φm=BS=Bl1l2=0.4×0.2×0.25=0.02Wb
（2）线圈在图示位置时电动势达到最大值，此时感应电动势的值为
e=Em=NBSω=NBl1l2ω=50×0.4×0.2×0.25×100
（3）电动势的有效值为E=
电流有效值为I=
电阻R上产生的热量为Q=I2Rt=102×9×60=5.4×104J
如图所示，n=50匝的矩形线圈abcd，边长ab=20cm，bc=25cm，放在磁感强度B=0.4T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO'轴匀速转动，转动角速度ω=50rad/s，线圈的总电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω。试求：
（1）线圈在图示位置（线圈平面与磁感线平行）时，感应电动势的大小。
（2）线圈从图示位置转动90°过程中通过电阻R的电量。
（3）1min时间内电阻R上产生的热量。
正确答案
解：（1）线圈在图示位置产生的感应电动势最大，其大小为Em=nBωS＝nBωab·bc ①
代入数据解得：Em=50V ②
（2）转动过程中平均感应电动势
转动90°过程中
电量
代入数据，解得q＝0.1C ⑦
（3）线圈中产生的为余弦交流电，通过R的电流为：
1min时间内产生的热量为：
代入数据得：Q=6.75×103J
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