- 电磁感应
- 共8761题
可绕固定轴OO′转动的正方形线框的边长l=0.5m,仅ab边有质量m=0.1kg,线圈的总电阻R=1Ω,不计摩擦和空气阻力.线框从水平位置由静止释放,到达竖直位置历时t=0.1s,设线框始终处在方向竖直向下,磁感应强度B=4×10-2T的匀强磁场中,如图所示,求:
(1)这个过程中平均电流的大小和方向
(2)若这个过程中产生的焦耳热Q=0.3J,求线框到达竖直位置时ab边受到的安培力的大小和方向.
正确答案
解:(1)线框由水平位置转至竖直位置的过程中,线框产生的平均感应电势
E==
=0.1V
即I==0.1A
根据楞次定理此电流方向为badcb.
(2)线框由水平位置转至竖直位置的过程中,线框的重力做正功和克服安培力做功,
即到达竖直位置时的速度为:mv2=mgl-Q
v=2m/s
所以 此时的安培力为:F==8×10-4N 且方向向左.
答:(1)这个过程中平均电流强度的大小0.1A和方向badcb;
(2)若这个过程中产生的焦耳热Q=0.3焦,线框达到竖直位置时ab边受的安培力大小8×10-4N,且方向向左.
解析
解:(1)线框由水平位置转至竖直位置的过程中,线框产生的平均感应电势
E==
=0.1V
即I==0.1A
根据楞次定理此电流方向为badcb.
(2)线框由水平位置转至竖直位置的过程中,线框的重力做正功和克服安培力做功,
即到达竖直位置时的速度为:mv2=mgl-Q
v=2m/s
所以 此时的安培力为:F==8×10-4N 且方向向左.
答:(1)这个过程中平均电流强度的大小0.1A和方向badcb;
(2)若这个过程中产生的焦耳热Q=0.3焦,线框达到竖直位置时ab边受的安培力大小8×10-4N,且方向向左.
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
解:(1)由法拉第电磁感应定律,则有:
V=3.14×10-3 V;
(2)由闭合电路欧姆定律,则有:
I==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==2.51×10-3V;
答:(1)圆环中产生的感应电动势为3.14×10-3 V;
(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.
解析
解:(1)由法拉第电磁感应定律,则有:
V=3.14×10-3 V;
(2)由闭合电路欧姆定律,则有:
I==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==2.51×10-3V;
答:(1)圆环中产生的感应电动势为3.14×10-3 V;
(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.
如图(1)所示,线圈匝数n=200匝,直径d1=40cm,电阻r=2Ω,线圈与阻值R=6Ω的电阻相连.在线圈的中心有一个直径d2=20cm的有界圆形匀强磁场,磁感应强度按图(2)所示规律变化,试求:
(1)通过电阻R的电流方向和大小;
(2)电压表的示数.
正确答案
解:(1)穿过线圈的磁场方向向下,在增大,根据楞次定律判断出电流方向从B流向A.
根据法拉第电磁感应定律:
E=nS=n
I==
A
(2)U=IR=1.5π V
答:(1)通过电阻R的电流方向为从B流向A,大小是 A;
(2)电压表的示数是1.5π V.
解析
解:(1)穿过线圈的磁场方向向下,在增大,根据楞次定律判断出电流方向从B流向A.
根据法拉第电磁感应定律:
E=nS=n
I==
A
(2)U=IR=1.5π V
答:(1)通过电阻R的电流方向为从B流向A,大小是 A;
(2)电压表的示数是1.5π V.
有一个1000匝的线圈,在4s内穿过它的磁通量从0均匀增加到0.1Wb,
(1)求线圈中的感应电动势;
(2)若线圈的总电阻是100Ω,通过线圈的电流是多大?
正确答案
解:线圈中总的磁通量变化为:
△Φ=0.1Wb-0Wb=0.1Wb
由法拉第电磁感应定律得感应电动势为:
E=n=1000×
V=25V
感应电流的大小为:
I==
A=0.25A.
答:(1)线圈中的感应电动势25V;
(2)若线圈的总电阻是100Ω,通过线圈的电流是0.25A.
解析
解:线圈中总的磁通量变化为:
△Φ=0.1Wb-0Wb=0.1Wb
由法拉第电磁感应定律得感应电动势为:
E=n=1000×
V=25V
感应电流的大小为:
I==
A=0.25A.
答:(1)线圈中的感应电动势25V;
(2)若线圈的总电阻是100Ω,通过线圈的电流是0.25A.
如图甲所示,矩形线框abcd固定放在匀强磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示.设t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里,图中I表示线圈中感应电流的大小,F表示线框ab边所受的安培力的大小(规定电流沿顺时针方向为正,ab边中所受的安培力方向向左为正),则可能正确的是( )
正确答案
解析
解:CD、由B-t图象可知,0-1s内,磁场垂直于纸面向里,磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流沿顺时针方向,为正;
在1-2s内,磁场向外,磁通量增加,由楞次定律可知,感应电流沿顺时针方向,为正;
在2-3s内,磁场向外,磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流沿逆时针方向,为负;
在3-4s内,磁场向内,磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流沿逆时针方向,为负;
由B-t图象可知,在整个过程中不变,是定值,则感应电动势E=
S,S也保持不变,故E大小不变,感应电流 I=
大小不变,分析各图象可知,故CD错误;
AB、由于I的大小不变,由F=BIL知,安培力F的大小与B成正比,根据楞次定律知,0-1s内与2-3s内安培力向左,为正,1-2s内与3-4s内安培力向右,为负,故A正确,B错误;
故选:A.
如图所示,在半径为R的半圆形区域内,有磁感应强度为B的垂直纸面向里的有界匀强磁场,PQM为圆内接三角形,且PM为圆的直径,三角形的各边由材料相同的细软导线组成(不考虑导线中电流间的相互作用).设线圈的总电阻为r且不随形状改变,此时∠PMQ=37°,已知sin37°=0.6,cos37°=0.8.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、穿过线圈PQM中的磁通量大小为φ=B•2Rsin37°•2Rcos37°=0.96Ba2.故A正确.
B、由B=B0+kt得,=k,根据法拉第电磁感应定律得:感应电动势E=
•S=k•
•2Rsin37°•2Rcos37°=0.96kR2,线圈中产生的感应电流大小为:I=
=
.故B正确.
C、D保持P、M两点位置不变,将Q点沿圆弧顺时针移动到接近M点的过程中,△PQM的面积先增大后减小,将产生感应电流,根据楞次定律可知,感应电流方向先沿逆时针方向后沿顺时针方向,而且产生焦耳热.故C正确,D错误.
故选:ABC.
闭合圆环面积为0.2m2,电阻为0.5Ω,处在匀强磁场中,磁场方向与圆环平面垂直;如图.已知磁感应强度B随时间均匀增加,如图所示,求圆环中的感应电流大小和方向.
正确答案
解:由图看出,磁感应强度增大,则穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律判断则知,线圈中感应电流方向为逆时针;
由图象的斜率求出:=
=5T/s,
根据法拉第电磁感应定律得:
E=n=n
S=1×5×0.2V=1V
则感应电流的大小为:I==
=2A
答:线圈中感应电流的方向为逆时针,感应电流的大小为2A.
解析
解:由图看出,磁感应强度增大,则穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律判断则知,线圈中感应电流方向为逆时针;
由图象的斜率求出:=
=5T/s,
根据法拉第电磁感应定律得:
E=n=n
S=1×5×0.2V=1V
则感应电流的大小为:I==
=2A
答:线圈中感应电流的方向为逆时针,感应电流的大小为2A.
线圈与磁场垂直,下列几种说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:根据法拉第电磁感应定律E=n,得感应电动势的大小跟磁通量的变化率成正比.
A、磁通量变化越大,则不知磁通量的变化时间,故不一定越大,故A错误;
B、磁通量越大,是Φ大,但△Φ及 则不一定大,故B错误;
C、虽然线圈放在磁感应强度越强的磁场,但可能为零,产生的感应电动势可能为零,故C错误;
D、磁通量变化的快慢用表示,磁通量变化得快,则
比值就大,根据法拉第电磁感应定律有产生的感应电动势就越大,故D正确.
故选:D.
在匀强磁场中,放有一半径为r的闭合线圈,线圈的匝数为n,总电阻为R,线圈平面与磁场方向垂直.当线圈在磁场中迅速转动180°的过程中,通过导线横截面的电量为q,则该匀强磁场的磁感强度大小为______.
正确答案
解析
解:由法拉第电磁感应定律:E=n 可求出感应电动势大小,
再由闭合电路欧姆定律I= 可求出感应电流大小,
根据电量的公式q=It,可得q=n.
由于开始线圈平面与磁场垂直,现把探测圈翻转180°,则有△∅=2BS
所以由上公式可得:q=n=
,
因此匀强磁场的磁感强度大小为B=;
故答案为:.
如图所示,宽为L的光滑长金属导轨固定在竖直平面内,不计电阻.将两根质量均为m的水平金属杆ab、cd用长h的绝缘轻杆连接在一起,放置在轨道上并与轨道接触良好,ab电阻R,cd电阻2R.虚线上方区域内存在水平方向的匀强磁场,磁感应强度B.
(1)闭合电键,释放两杆后能保持静止,则ab杆受的磁场力多大?
(2)断开电键,静止释放金属杆,当cd杆离开磁场的瞬间,ab杆上焦耳热功率为P,则此时两杆速度为多少?
(3)断开电键,静止释放金属杆,若磁感应强度B随时间变化规律为B=kt(k为已知常数),求cd杆离开磁场前,两杆内的感应电流大小.某同学认为:上述情况中磁通量的变化规律与两金属杆静止不动时相同,可以采用△φ=△B•Lh 计算磁通量的改变量…该同学的想法是否正确?若正确,说明理由并求出结果;若不正确,说明理由并给出正确解答.
正确答案
解:(1)设ab杆受磁场力F.两杆并联,由于ab电阻R,cd电阻2R,则知通过ab的电流是cd电流的2倍,由F=BIL得知,则cd杆受F.
对两杆整体分析,有2mg=F+F
解得,F=mg
(2)ab杆上功率P=I2R,I==
解得
(3)该同学的想法是正确的.因为线框的运动不会改变磁通量大小.磁通量的改变是因为磁感应强度的改变.
由法拉第电磁感应定律得 E==
•Lh=kLh
I==
答:(1)闭合电键,释放两杆后能保持静止,ab杆受的磁场力为mg.
(2)断开电键,静止释放金属杆,当cd杆离开磁场的瞬间,ab杆上焦耳热功率为P,此时两杆速度为.
(3)该同学的想法是正确的.因为线框的运动不会改变磁通量大小.磁通量的改变是因为磁感应强度的改变.两杆内的感应电流大小为.
解析
解:(1)设ab杆受磁场力F.两杆并联,由于ab电阻R,cd电阻2R,则知通过ab的电流是cd电流的2倍,由F=BIL得知,则cd杆受F.
对两杆整体分析,有2mg=F+F
解得,F=mg
(2)ab杆上功率P=I2R,I==
解得
(3)该同学的想法是正确的.因为线框的运动不会改变磁通量大小.磁通量的改变是因为磁感应强度的改变.
由法拉第电磁感应定律得 E==
•Lh=kLh
I==
答:(1)闭合电键,释放两杆后能保持静止,ab杆受的磁场力为mg.
(2)断开电键,静止释放金属杆,当cd杆离开磁场的瞬间,ab杆上焦耳热功率为P,此时两杆速度为.
(3)该同学的想法是正确的.因为线框的运动不会改变磁通量大小.磁通量的改变是因为磁感应强度的改变.两杆内的感应电流大小为.
如图所示 质量为50克,长为1米的导线AB,放在水平金属框架M上,与金属框架始终良好接触,并能做无摩擦滑动.整个金属框架置于B1=0.5T的匀强磁场中,另一线圈abcd与框架构成串联回路,面积S=0.2m2,线圈放在B2=0.5T的匀强磁场中,整个回路的电阻是0.2Ω,若将线圈abcd迅速地旋转90°,使其平面与B2垂直,此时导线AB正好飞离金属框架M.设金属框架高出地面0.8m.(g取10m/s2) 求:
(1)此过程中,通过导线AB的电荷量;
(2)导线AB落地时的水平距离.
正确答案
解:(1)由磁通量变化,则有:△∅=B2S;
根据法拉第电磁感应定律,则有:E==
由闭合电路欧姆定律,则I==
那么电量表达式q=I△t==
=0.5C;
(2)根据牛顿第二定律,安培力产生加速度,则有:B1IL=ma
得,a==
=
=
m/s2;
因此v=a△t==5m/s;
根据平抛运动规律,则:t==
=0.4s
由运动学公式,则s=vt=5×0.4=2.0m
答:(1)此过程中,通过导线AB的电荷量0.5C;
(2)导线AB落地时的水平距离2.0m.
解析
解:(1)由磁通量变化,则有:△∅=B2S;
根据法拉第电磁感应定律,则有:E==
由闭合电路欧姆定律,则I==
那么电量表达式q=I△t==
=0.5C;
(2)根据牛顿第二定律,安培力产生加速度,则有:B1IL=ma
得,a==
=
=
m/s2;
因此v=a△t==5m/s;
根据平抛运动规律,则:t==
=0.4s
由运动学公式,则s=vt=5×0.4=2.0m
答:(1)此过程中,通过导线AB的电荷量0.5C;
(2)导线AB落地时的水平距离2.0m.
一个N匝的圆形线圈,放在磁感应强度为B的匀强磁场中,线圈平面跟磁场平面垂直,磁感应强度随时间均匀变化,线圈导线规格不变,下列方法可使线圈中感应电流增加一倍的是( )
正确答案
解析
解:A、法拉第电磁感应定律:E=n,将线圈的匝数变化时,说明
一定时,E与N成正比.当线圈匝数增加为原来的1倍,则线圈产生的感应电动势也增加为原来的1倍,但线圈电阻也增加原来的1倍,因此线圈中的感应电流没有变化.故A错误;
B、由法拉第电磁感应定律:E=n,将线圈的面积增加1倍时,则△φ也增加1倍,则线圈产生的感应电动势是原来的2倍.线圈的面积增加1倍,半径为原来的
,周长也为原来的
,由电阻定律R=ρ
,可得线圈电阻是原来的
倍,因此线圈中的感应电流是原来的
倍,故B错误.
C、法拉第电磁感应定律:E=n,将线圈的半径增加1倍时,则线圈面积是原来的4倍,因此△φ也是原来的4倍,所以线圈产生的感应电动势是原来的4倍,由电阻定律R=ρ
,可得线圈电阻是原来的2倍,因此线圈中的感应电流是原来的2倍,即线圈中产生的感应电流增大1倍,故C正确;
D、由I=•
•sinθ,将线圈与磁场方向的夹角改变时,sin90°不可以变为原来的2倍,故D错误.
故选:C.
如图所示,闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动,沿着OO′方向观察,线圈沿逆时针方向转动.已知匀强磁场的磁感强度为B,线圈匝数为n,ab边的边长为l1,ad边的边长为l2,线圈总电阻为R,转动的角速度为ω,则当线圈转至图示位置时( )
正确答案
解析
解:A、图示时刻,ad速度方向向里,bc速度方向向外,根据右手定则判断出ad中感应电流方向为a→d,bc中电流方向为c→b,线圈中感应电流的方向为adcba.故A错误;
B、线圈中的感应电动势为E=nBSω=nBl1l2ω.故B错误;
C、图示时刻ad、bc两边垂直切割磁感线,线圈中产生的感应电动势最大,由法拉第电磁感应定律分析得知,磁通量的变化率最大.故C正确;
D、线圈ad边所受安培力的大小为F=nBIl2=nB•l2=
.故D错误.
故选:C.
如图所示,两根相距为L的竖直平行金属导轨位于磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,导轨电阻不计,另外两根与上述光滑导轨保持良好接触的金属杆ab、cd质量均为m,电阻均为R,
(1)若要使cd静止不动,则ab杆应向哪个方向运动?速度大小为多少?
(2)作用于ab杆上的外力大小为多少?
(3)经过时间t,系统产生的焦耳热为多少?
正确答案
解:(1)cd杆受到的安培力:F安=BIL,
cd杆静止不动,处于平衡状态,由平衡条件得:
BIL=mg,
解得电流:I=…①,
安培力向上,由左手定则可知,杆中电流方向由c到d;流过ab的电流由b流向a,由右手定则可知,ab棒应向上运动,ab棒切割磁感线产生的电动势为:
E=BLv,
感应电流:I==
…②,
由①②解得:v=;
(2)以两金属杆组成的系统为研究对象,由平衡条件得:
F=2mg;
(3)根据焦耳定律公式Q=I2Rt,则有:
Q==
,
答:(1)若要使cd静止不动,则ab杆应向上运动,速度大小为;
(2)作用于ab杆上的外力大小为2mg;
(3)经过时间t,系统产生的焦耳热为.
解析
解:(1)cd杆受到的安培力:F安=BIL,
cd杆静止不动,处于平衡状态,由平衡条件得:
BIL=mg,
解得电流:I=…①,
安培力向上,由左手定则可知,杆中电流方向由c到d;流过ab的电流由b流向a,由右手定则可知,ab棒应向上运动,ab棒切割磁感线产生的电动势为:
E=BLv,
感应电流:I==
…②,
由①②解得:v=;
(2)以两金属杆组成的系统为研究对象,由平衡条件得:
F=2mg;
(3)根据焦耳定律公式Q=I2Rt,则有:
Q==
,
答:(1)若要使cd静止不动,则ab杆应向上运动,速度大小为;
(2)作用于ab杆上的外力大小为2mg;
(3)经过时间t,系统产生的焦耳热为.
(2010秋•北京校级期末)如图所示,置于水平面的平行金属导轨间距d=0.5m,左端用直导线连接且垂直导轨,金属棒ab垂直导轨跨在两导轨之间,距导轨左端L=0.8m,ab与导轨间的最大静摩擦力为f=0.2N,金属棒ab的电阻为R=0.2Ω,其他电阻不计.整个装置处在竖直向下的匀强磁场中.开始时磁场的磁感强度为B0=1.0T,以后以0.2T/s的变化率均匀增大,从磁感强度开始变化,经______s金属棒ab开始运动.
正确答案
解:设回路中产生的感应电动势大小为E,感应电流大小为I,由法拉第电磁感应定律得:
根据闭合电路欧姆定律得:
当ab棒刚开始运动时,它所受的安培力等于大静摩擦力fmax,设此时的磁感应强度为B,则有:
BId=fmax,
得:
所以从加上磁场到ab开始运动所经历的时间为:
故答案为:5.
解析
解:设回路中产生的感应电动势大小为E,感应电流大小为I,由法拉第电磁感应定律得:
根据闭合电路欧姆定律得:
当ab棒刚开始运动时,它所受的安培力等于大静摩擦力fmax,设此时的磁感应强度为B,则有:
BId=fmax,
得:
所以从加上磁场到ab开始运动所经历的时间为:
故答案为:5.
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