- 电磁感应
- 共8761题
一个闭合的圆形线圈放在随时间均匀变化的匀强磁场中,线圈平面与磁感线垂直,现欲使线圈中的感应电流增加一倍,则下述方法可行的是(若改变线圈用同一规格导线)( )
正确答案
解析
解:设导线的电阻率为ρ,横截面积为S,线圈的半径为r,则感应电流为:
I==n
•
=n
•πr2•
=
•
…①
A、根据①式,I与线圈匝数无关,故A错误;
B、根据①式,若磁感应强度的变化率增大一倍,则电流I增加一倍,故B正确;
C、根据①式,若将线圈的面积增加一倍,半径r增加为倍,电流增加为
倍;故C错误;
D、根据①式,将r增加一倍,I增加一倍;故D正确;
故选:BD.
如图甲所示,正六边形导线框abcdef放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线框平面垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示.t=0时刻,磁感应强度B的方向垂直纸面向里,设产生的感应电流顺时针方向为正、竖直边cd所受安培力的方向水平向左为正.则下面关于感应电流i和cd所受安培力F随时间t变化的图象正确的是( )
正确答案
解析
解:A、0~2s内,磁场的方向垂直纸面向里,且逐渐减小,根据楞次定律,感应电流的方向为顺时针方向,为正值.根据法拉第电磁感应定律,E==B0S为定值,则感应电流为定值,
.在2~3s内,磁感应强度方向垂直纸面向外,且逐渐增大,根据楞次定律,感应电流方向为顺时针方向,为正值,大小与0~2s内相同.在3~4s内,磁感应强度垂直纸面向外,且逐渐减小,根据楞次定律,感应电流方向为逆时针方向,为负值,大小与0~2s内相同.在4~6s内,磁感应强度方向垂直纸面向里,且逐渐增大,根据楞次定律,感应电流方向为逆时针方向,为负值,大小与0~2s内相同.故A正确,B错误.
C、在0~2s内,磁场的方向垂直纸面向里,且逐渐减小,电流恒定不变,根据FA=BIL,则安培力逐渐减小,cd边所受安培力方向向右,为负值.0时刻安培力大小为F=2B0I0L.在2s~3s内,磁感应强度方向垂直纸面向外,且逐渐增大,根据FA=BIL,则安培力逐渐增大,cd边所受安培力方向向左,为正值,3s末安培力大小为B0I0L.在2~3s内,磁感应强度方向垂直纸面向外,且逐渐增大,则安培力大小逐渐增大,cd边所受安培力方向向右,为负值,第4s初的安培力大小为B0I0L.在4~6s内,磁感应强度方向垂直纸面向里,且逐渐增大,则安培力大小逐渐增大,cd边所受安培力方向向左,6s末的安培力大小2B0I0L.故C正确,D错误.
故选AC.
一个200匝,面积为20cm2的线圈放在磁场中,磁场的方向与线圈平面垂直,若磁感应强度在0.05s内有0.1T增加到0.5T,在此过程中,求
(1)穿过线圈的磁通量的变化量
(2)磁通量的平均变化率
(3)线圈中传的平均感应电动势的大小.
正确答案
解:(1)穿过线圈的磁通量的变化量:
△Φ=Φ2-Φ1=S•△B=0.2×(0.5-0.1)=0.08Wb;
(2)磁通量的平均变化率:=
=1.6Wb/s;
(3)由拉第电磁感应定律得,感应电动势:
E=n=200×1.6=320V;
答:(1)穿过线圈的磁通量的变化量是0.08Wb.(2)磁通量的平均变化率是1.6Wb/s.(3)线圈中的感应电动势的大小是320V.
解析
解:(1)穿过线圈的磁通量的变化量:
△Φ=Φ2-Φ1=S•△B=0.2×(0.5-0.1)=0.08Wb;
(2)磁通量的平均变化率:=
=1.6Wb/s;
(3)由拉第电磁感应定律得,感应电动势:
E=n=200×1.6=320V;
答:(1)穿过线圈的磁通量的变化量是0.08Wb.(2)磁通量的平均变化率是1.6Wb/s.(3)线圈中的感应电动势的大小是320V.
桌面上放着一个单匝矩线圈,线圈中心上方一定高度上有一竖立的条形磁体(如图),此时线圈内的磁通量为0.04Wb.把条形磁体竖放在线圈内的桌面上时,线圈的磁通量为0.12Wb,分别计算以下两个过程中线圈中的感应电动势.
(1)把条形磁体从图中位置在0.5s内放到线圈内的桌面上.
(2)换用100匝的矩形线圈,线圈面积和原单匝线圈相同,把条形磁体从图中位置在0.1s内放到线圈内的桌面上.
正确答案
解:(1)由法拉第电磁感应定律:=
(2)由法拉第电磁感应定律:=
=80V
答:(1)把条形磁铁从图中位置在0.5s内放到线圈内的桌面上产生的感应电动势为0.16V.
(2)换用100匝的矩形线圈,线圈面积和原单匝线圈相同,把条形磁铁从图中位置在0.1s内放到线圈内的桌面上,产生的感应电动势为80V.
解析
解:(1)由法拉第电磁感应定律:=
(2)由法拉第电磁感应定律:=
=80V
答:(1)把条形磁铁从图中位置在0.5s内放到线圈内的桌面上产生的感应电动势为0.16V.
(2)换用100匝的矩形线圈,线圈面积和原单匝线圈相同,把条形磁铁从图中位置在0.1s内放到线圈内的桌面上,产生的感应电动势为80V.
如图甲,光滑平行导轨MN、PQ水平放置,电阻不计.两导轨间距d=10cm,导体棒ab、cd放在导轨上,并与导轨垂直.每根棒在导轨间部分的电阻均为R=1.0Ω.用长为L=20cm的绝缘丝线将两棒系住.整个装置处在匀强磁场中.t=0的时刻,磁场方向竖直向下,丝线刚好处于未被拉伸的自然状态.此后,磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示.不计感应电流磁场的影响.整个过程丝线未被拉断.求:
(1)0~2.0s的时间内,电路中感应电流的大小;
(2)t=1.0s的时刻丝线的拉力大小.
正确答案
解:(1)从图象可知,
E==
则I=
故电路中感应电流的大小为0.001A.
(2)导体棒在水平方向上受拉力和安培力平衡
T=FA=BId=0.1×0.001×0.1N=1×10-5N.
故t=1.0s的时刻丝线的拉力大小1×10-5N.
解析
解:(1)从图象可知,
E==
则I=
故电路中感应电流的大小为0.001A.
(2)导体棒在水平方向上受拉力和安培力平衡
T=FA=BId=0.1×0.001×0.1N=1×10-5N.
故t=1.0s的时刻丝线的拉力大小1×10-5N.
如图1所示,一个圆形线圈的匝数n=1000,线圈面积S=200cm2,线圈的电阻r=1Ω,线圈外接一个阻值R=4Ω的电阻,把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图2所示;求:
(1)前4S内的感应电动势;
(2)6秒内通过电阻R的电荷量.
正确答案
解:(1)由图象可知前4 s内磁感应强度B的变化率=
T/s=0.05 T/s
4 s内的平均感应电动势为:E=nS=1000×0.02×0.05 V=1 V.
(2)电路中的平均感应电流为:=
,
q= t,
又因为E=n,
所以q=n=1000×
C=0.8 C.
答:(1)前4s内感应电动势为1V.
(2)6s内通过R的电荷量为0.8C.
解析
解:(1)由图象可知前4 s内磁感应强度B的变化率=
T/s=0.05 T/s
4 s内的平均感应电动势为:E=nS=1000×0.02×0.05 V=1 V.
(2)电路中的平均感应电流为:=
,
q= t,
又因为E=n,
所以q=n=1000×
C=0.8 C.
答:(1)前4s内感应电动势为1V.
(2)6s内通过R的电荷量为0.8C.
如图甲所示,正方形金属线圈所围的面积S=0.04m2,匝数n=100匝,电阻r=2.0Ω,线圈与灯泡L构成闭合回路,灯泡L的电阻R=8.0Ω,不计灯丝电阻随温度的变化.金属线圈区域内存在着磁感应强度B随时间t变化的匀强磁场,磁场的方向与线圈平面垂直,如图乙所示.
(1)求在0~1×10-2s时间内线圈中产生感应电动势的大小.
(2)求在1×10-2s~3×10-2s时间内通过灯泡L的电流I大小.
(3)规定回路中逆时针电流的方向为正方向,在图丙中画出通过灯泡L的电流I随时间t的变化图象,并求出灯泡L消耗的电功率.
正确答案
解析
解:(1)由图象知,在0~1×10-2s时间内,磁感应强度变化率的大小
根据法拉第电磁感应定律 有电动势的大小=8V
(2)由图象知,在1×10-2s~3×10-2s时间内,磁感应强度变化率的大小
根据法拉第电磁感应定律 有电动势的大小
V
根据闭合电路欧姆定律 有电流A
(3)如右图所示
设通过灯泡电流的有效值为I,则
=2.56W
答:(1)求在0~1×10-2s时间内线圈中产生感应电动势为8V.
(2)求在1×10-2s~3×10-2s时间内通过灯泡L的电流I大小0.4A.
(3)通过灯泡L的电流I随时间t的变化图象,
灯泡L消耗的电功率2.56W.
一个闭合回路由两部分组成,如图所示,右侧是电阻为r的圆形导线;置于竖直方向均匀变化的磁场B1中,左侧是光滑的倾角为θ的平行导轨,宽度为d,其电阻不计.磁感应强度为B2的匀强磁场垂直导轨平面向上,且只分布在左侧,一个质量为m、电阻为R的导体棒此时恰好能静止在导轨上,分析下述判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、C导体棒静止在导轨上,所受的合力为零.根据力的平衡得知,棒所受的安培力的大小为mgsinθ,方向沿斜面向上.
所以有:B2Id=mgsinθ,则回路中的感应电流大小为:I=.
根据安培力的方向,通过左手定则判断得知,通过线圈感应电流的方向从上往下看为顺时针方向.根据楞次定律,圆形线圈中的磁场可以方向向上均匀增强,也可以方向向下均匀减弱.故A、C正确,B错误.
D、根据P=I2r,可知圆形导线中的电热功率为:P=r.故D错误.
故选:AC.
如图所示,在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,放有一边长为L的正方形闭合导线框,电阻为R.
(1)当线框从位置Ⅰ(线框平面⊥磁感线)匀速转到位置Ⅱ(线框平面∥磁感线)的过程中,若角速度为ω,求线框中的平均感应电动势.
(2)当线框由位置Ⅰ转至位置Ⅲ的过程中,求通过导线横截面的电量.
正确答案
解:(1)根据感应电动势的定义式,可求得平均感应电动势:
E=N=
=
(2)根据闭合电路欧姆定律,则有回路中产生的电流为:I=;
通过线圈的电荷量为:q=I△t==
答:(1)当线框从位置Ⅰ(线框平面⊥磁感线)匀速转到位置Ⅱ(线框平面∥磁感线)的过程中,若角速度为ω,线框中的平均感应电动势为;
(2)当线框由位置Ⅰ转至位置Ⅲ的过程中,通过导线横截面的电量.
解析
解:(1)根据感应电动势的定义式,可求得平均感应电动势:
E=N=
=
(2)根据闭合电路欧姆定律,则有回路中产生的电流为:I=;
通过线圈的电荷量为:q=I△t==
答:(1)当线框从位置Ⅰ(线框平面⊥磁感线)匀速转到位置Ⅱ(线框平面∥磁感线)的过程中,若角速度为ω,线框中的平均感应电动势为;
(2)当线框由位置Ⅰ转至位置Ⅲ的过程中,通过导线横截面的电量.
半径分别为r和2r的同心圆形导轨固定在同一水平面内,一长为r,质量为m且质量分布均匀的直导体棒AB置于圆导轨上面,BA的延长线通过圆导轨中心O,装置的俯视图如图所示,整个装置位于一匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下,在内圆导轨的C点和外圆导轨的D点之间接有一阻值为R的电阻(图中未画出).直导体棒在水平外力作用下以角速度ω绕O逆时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触.设导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ,导体棒和导轨的电阻均可忽略.重力加速度大小为Ek0.求
(1)通过电阻R的感应电流的方向和大小;
(2)外力的功率.(提示:先求摩擦力做功,再由动能定理得到结论)
正确答案
解:(1)AB中感应电动势的大小为E=B(2r)2ω-
Br2ω=1.5Br2ω,
感应电流大小:I==
;
由右手定则判断可知,感应电流的方向是从B端流向A端,所以通过电阻R的电流方向为:C→D.
(2)设导体棒克服摩擦力做功的功率为P,
在竖直方向有:mg-N=0,
由于质量分布均与,内、外圆导轨对导体棒的正压力相等,故两导轨对导体棒的摩擦力均为f=μmg,
所以P=f=μmg×
(2r+r)ω=
μmgωr,
电功率:P电=I2R=,
由能量守恒定律得:P外=P+P电,
解得:P外=μmgωr+
.
答:(1)通过电阻R的感应电流的方向:C→D,大小:;
(2)外力的功率为μmgωr+
.
解析
解:(1)AB中感应电动势的大小为E=B(2r)2ω-
Br2ω=1.5Br2ω,
感应电流大小:I==
;
由右手定则判断可知,感应电流的方向是从B端流向A端,所以通过电阻R的电流方向为:C→D.
(2)设导体棒克服摩擦力做功的功率为P,
在竖直方向有:mg-N=0,
由于质量分布均与,内、外圆导轨对导体棒的正压力相等,故两导轨对导体棒的摩擦力均为f=μmg,
所以P=f=μmg×
(2r+r)ω=
μmgωr,
电功率:P电=I2R=,
由能量守恒定律得:P外=P+P电,
解得:P外=μmgωr+
.
答:(1)通过电阻R的感应电流的方向:C→D,大小:;
(2)外力的功率为μmgωr+
.
单匝线圈ABCD在外力作用下以速度v向右匀速进入匀强磁场,第二次又以速度2v匀速进入同一个匀强磁场,则:
(1)第二次进入与第一次进入时线圈中电流之比:______
(2)第二次进入与第一次进入时外力做功的功率之比:______
(3)第二次进入与第一次进入时线圈中产生热量之比:______.
正确答案
2:1
4:1
2:1
解析
解:设磁感应强度为B,CD边长度为L,AC边长为L′,线圈电阻为R;
(1)线圈进入磁场过程中,产生的感应电动势E=BLv,
感应电流I==
,感应电流I与速度v成正比,
第二次进入与第一次进入时线圈中电流之比:
I2:I1=2v:v=2:1;
(2)线圈进入磁场时受到的安培力:
FB=BIL=,线圈做匀速直线运动,
由平衡条件得,外力F=FB=,
外力功率P=Fv=,功率与速度的平方成正比,
第二次进入与第一次进入时外力做功的功率之比:
P2:P1=(2v)2:v2=4:1;
(3)线圈进入磁场过程中产生的热量:
Q=I2Rt=•R•
=
,
产生的热量与速度成正比,
第二次进入与第一次进入时线圈中产生热量之比:
Q2:Q1=2v:v=2:1;
故答案为:(1)2:1;(2)4:1;(3)2:1.
2015年南京国际科学仪器及实验室装备展览会开展,如图所示为参览的电容式话筒的原理示意图.薄片A和B为两金属板极,E为电源,R为电阻,王亚平授课对着话筒说话时,A振动而B可视为不动,在A向左运动,A、B间距离增大过程中( )
正确答案
解析
解:A、电容式话筒与电源串联,电压保持不变.在A、B间距增大过程中,根据电容决定式C= 得电容减小,故A正确;
B、又根据电容定义式C=得电容器所带电量减小,故B错误;
CD、电容器的放电电流通过R的方向由C到D,所以C点的电势比D点的高.故C正确,D错误.
故选:AC.
关于闭合电路中线圈的感应电动势 E、磁通量Φ,磁通量的变化量△Φ及磁通量的变化率、线圈的匝数N之间的关系,下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:ABC、由法拉第电磁感应定律可知,闭合电路的感应电动势与磁通量的变化率成正比,与磁通量及磁通量的变化大小无关,=0时,E一定等于0,故A错误,B、C正确,
D、Φ=Bs,与匝数N无关,故D错误;
故选:BC.
如图所示,一个由同种粗细均匀的金属丝制成的半径为a、质量为m、电阻为R的金属圆环放在光滑的水平地面上,有一个磁感应强度大小为B方向竖直向下的匀强磁场,其边界为PQ.现圆环以速度v从如图位置朝磁场边界PQ运动,当圆环运动到直径刚好与边界线p重合时,圆环的速度为
,求:
(1)圆环的直径MN与边界线PQ重合时MN两点间的电压及圆环中感应电流方向;
(2)在此过程中通过圆环某横截面的电量;
(3)此过程中圆环产生的热量.
正确答案
解:(1)由法拉第电磁感应定律得,
E=
根据楞次定律得,感应电流电流为顺时针方向.
(2)根据法拉第电磁感应定律得,
由闭合电路欧姆定律得:
解得:.
(3)由动能定理得,
而Q=-WA
所以.
答:(1)圆环的直径MN与边界线PQ重合时MN两点间的电压为,感应电流的方向为顺时针方向.
(2)在此过程中通过圆环某横截面的电量.
(3)此过程中圆环产生的热量为.
解析
解:(1)由法拉第电磁感应定律得,
E=
根据楞次定律得,感应电流电流为顺时针方向.
(2)根据法拉第电磁感应定律得,
由闭合电路欧姆定律得:
解得:.
(3)由动能定理得,
而Q=-WA
所以.
答:(1)圆环的直径MN与边界线PQ重合时MN两点间的电压为,感应电流的方向为顺时针方向.
(2)在此过程中通过圆环某横截面的电量.
(3)此过程中圆环产生的热量为.
如图所示,在直径为D、电阻为R的细金属丝圆环区域内有一垂直于该圆环的变化磁场,其磁场的变化规律为B=B0+kt(k为大于零的常数),则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由图象可知,穿过线圈的磁场方向向里,磁通量增大,根据楞次定律判断可知,线圈中感应电流为逆时针方向,故A错误.
B、由B=B0+kt可知,=k,由法拉第电磁感应定律得:线圈中感应电动势的大小为:
E==
=k•π
=
,
由欧姆定律得:感应电流大小为:I==
,故B正确.
C、△t时间内,通过金属圆环横截面的电荷量:q=I△t=△t,故C正确;
D、△t时间内,金属圆环中产生的电热:Q=I2R△t=△t,故D错误;
故选:BC.
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