- 电磁感应
- 共8761题
如图所示,正方形线圈abcd位于纸面内,边长为L,匝数为N,线圈内接有电阻值为R的电阻,过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁场的磁感应强度为B.在线圈从图示位置绕OO′转过90°的过程中,通过电阻R的电荷量为( )
正确答案
解析
解:当正方形线圈abcd有一半处在磁感应强度为B的匀强磁场中时,磁通量为:Φ=B•L2=
,
根据q=N=N
,故B正确,ACD错误;
故选:B.
将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势和感应电流,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由法拉第电磁感应定律E=n可知,感应电动势E与线圈匝数n成正比,故A正确;
B、感应电动势与磁通量大小无关,取决于磁通量的变化率,穿过线圈的磁通量大,如果磁通量的变化率为零,则感应电动势为零,故B错误;
C、磁通量变化越快,磁通量的变化率越大,感应电动势越大,故C正确;
D、由楞次定律可知,磁通量增大,感应电流磁场方向与原磁场方向相反,磁通量减小,感应电流磁场方向与原磁场方向相同,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向极可能相同,也可能相反,故D正确;
故选ACD.
如图,线框用裸导线组成,cd、ef两边竖直放置且相互平行,裸导体ab水平放置并可沿cd、ef无摩擦滑动,而导体棒ab所在处为匀强磁场B2=2T,已知ab长L=0.1m,整个电路总电阻R=5Ω。螺线管匝数n=4,螺线管横截面积S=0.1m2。在螺线管内有图示方向磁场B1,若
=10T/s均匀增加时,导体棒恰好处于静止状态,试求:(g=10m/s2):
(1)通过导体棒ab的电流大小?
(2)导体棒ab质量m为多少?
正确答案
解:(1)螺线管产生的感应电动势:
E=n=nS
=4×0.1×10V=4V
根据闭合电路欧姆定律,有:
I==
=0.8A
(2)ab所受的安培力:
F=B2IL=2×0.8×0.1N=0.16N
导体棒静止时有:
F=mg
求得:
m==
=0.016kg
答:(1)通过导体棒ab的电流大小为0.8A;
(2)导体棒ab质量m为0.016kg.
解析
解:(1)螺线管产生的感应电动势:
E=n=nS
=4×0.1×10V=4V
根据闭合电路欧姆定律,有:
I==
=0.8A
(2)ab所受的安培力:
F=B2IL=2×0.8×0.1N=0.16N
导体棒静止时有:
F=mg
求得:
m==
=0.016kg
答:(1)通过导体棒ab的电流大小为0.8A;
(2)导体棒ab质量m为0.016kg.
如图所示,水平铜盘半径为r=20cm,置于磁感强度为B=1T,方向竖直向下的匀强磁场中,铜盘绕过中心轴以角速度ω=50rad/s做匀速圆周运动,铜盘的中心及边缘处分别用滑片与一理想变压器的原线圈相连,理想变压器原副线圈匝数比为1:100,变压器的副线圈与一电阻为R=20Ω的负载相连,则变压器原线圈两端的电压为______V,通过负载R的电流为______A.
正确答案
1
0
解析
解:切割磁感线感应电动势公式E=Br2ω=
;
变压器只能改变原线圈的交流电的电压,不能改变直流电的电压,也不能将直流电的电能传递给副线圈,所以若R1不变时,通过负载R2的电流强度为0.
故答案为:1V,0A.
把一线框从一匀强磁场中拉出,如图所示.第一次拉出的速率是 v,第二次拉出速率是 3v,其它条件不变,则前后两次拉力大小之比是______,线框产生的热量之比是______,通过导线截面的电量之比是______.
正确答案
1:3
1:3
1:1
解析
解:设线圈左右两边边长为L,上下两边边长为L′,整个线圈的电阻为R,磁场的磁感应强度为B.
线圈产生的感应电动势为:E=BLv
感应电流为:I=
线圈所受的安培力为:F=BIL=
可知,F∝v,则得:F1:F2=1:3.
拉力做功为:W=FL′=L′
可知Q∝v,则得:Q1:Q2=1:3.
通过导线的电荷量为:q=I△t=△t=
所以q与线框移动速度无关,磁通量的变化量△Φ相同,所以通过导线横截面的电荷量q1:q2=1:1.
故答案为:1:3;1:3;1:1.
一个200匝的线圈,在0.2s内穿过它的磁通量从0.04Wb均匀增加到0.12Wb,则线圈中的感应电动势E=______V.若线圈电阻为20Ω,则线圈中产生的电流强度I=______A.
正确答案
80
4
解析
解:感应电动势E=n=200×
V=80V
感应电流的大小I==
A=4A.
故答案为:80,4.
用同种规格金属材料制成的A.B两个闭合线圈分别放在B1.B2不同的磁场中,磁场均与线圈平面垂直,B1=(2t+1)T、B2=(4t+2)T.已知A是双匝线圈,B是单匝线圈,B半径是A半径的2倍.则在2秒末ΦA:ΦB=______,EA:EB=______,IA:IB=_______.
正确答案
1:8
1:4
1:4
解析
解:(1)由题意2s末,B1=(2×2+1)T=5T,B2=(4×2+2)T=10T
线圈B的半径是A的半径的2倍,故有
所以据Φ=BS有:
(2)根据法拉第电磁感应定律:
有:
(3)根据电阻定律:
有AB是同种材料制成的线圈,A的匝数是B的两倍,B的半径是A的两倍,可知,AB线圈的金属长度l相同,
故有RA=RB
再根据欧姆定律有:
故答案为:1:8 1:4 1:4
如图所示,半径为r1,的圆形区域内有匀强磁场,磁场的磁感应强度大小为B0、方向 垂直纸面向里,半径为r2的金属圆环右侧开口处与右侧电路相连,已知圆环电阻为R,电阻R1=R2=R3=R,电容器的电容为C,圆环圆心O与磁场圆心重合,一金属棒MN与金属环接触良好,不计棒与导线的电阻,电键S1处于闭合状态、电键S2处于断开状态.
(1)若棒MN以速度v0沿环向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径的瞬间产生的电动势和流过R1的电流;
(2)撤去棒MN后,闭合电键S2,调节磁场,使磁感应强度B的变化率n,n为常数,求电路稳定时电阻R3在t0时间内产生的焦耳热;
(3)在(2)问情形下,求断开电键S1后流过电阻R2的电量.
正确答案
解:(1)由法拉第电磁感应定律,则有:E=B0(2r1)v0=2B0r1v0,
MN右侧的电路中,圆环部分的电阻是圆环电阻为R的一半(),R1与R2并联的电阻是
,所以MN右侧的总电阻是:
+
+R=2R.
应用导体棒的电阻不计,所以电路的路端电压等于电源的电动势.根据欧姆定律,解得:I==
,
由于R1与R2相等,所以流过R1上的电流:I1=I=
(2)由题意可知,0至t时间内 由法拉第电磁感应定律有:
E′==
S=k•π
由闭合电路欧姆定律有:
I′==
电阻R3在t0时间内产生的焦耳热:
Q=I′2R•t0=
(3)S1闭合时,电容器两端的电压等于R3两端的电压,
U3=I′•R=
S1断开后,电容器两端的电压等于电源的电动势E′,
电容器上电量的改变为:△Q=C•△U=C(E′-U3)=
由于R1与R2相等,所以两个两个电阻上的电量相等,流过R1上的电量:q==
.
答:(1)棒滑过圆环直径的瞬间产生的电动势2B0r1v0,流过R1的电流为;
(2)电路稳定时电阻R3在t0时间内产生的焦耳热为;
(3)在(2)问情形下,求断开电键S1后流过电阻R2的电量为.
解析
解:(1)由法拉第电磁感应定律,则有:E=B0(2r1)v0=2B0r1v0,
MN右侧的电路中,圆环部分的电阻是圆环电阻为R的一半(),R1与R2并联的电阻是
,所以MN右侧的总电阻是:
+
+R=2R.
应用导体棒的电阻不计,所以电路的路端电压等于电源的电动势.根据欧姆定律,解得:I==
,
由于R1与R2相等,所以流过R1上的电流:I1=I=
(2)由题意可知,0至t时间内 由法拉第电磁感应定律有:
E′==
S=k•π
由闭合电路欧姆定律有:
I′==
电阻R3在t0时间内产生的焦耳热:
Q=I′2R•t0=
(3)S1闭合时,电容器两端的电压等于R3两端的电压,
U3=I′•R=
S1断开后,电容器两端的电压等于电源的电动势E′,
电容器上电量的改变为:△Q=C•△U=C(E′-U3)=
由于R1与R2相等,所以两个两个电阻上的电量相等,流过R1上的电量:q==
.
答:(1)棒滑过圆环直径的瞬间产生的电动势2B0r1v0,流过R1的电流为;
(2)电路稳定时电阻R3在t0时间内产生的焦耳热为;
(3)在(2)问情形下,求断开电键S1后流过电阻R2的电量为.
如图所示,边长为a的等边三角形区域内有均强磁场B,其方向垂直纸面向外,一个边长也为a的等边三角形导线框架EFG正好与上述磁场区域的边界重合.现使导线框以周期T绕其中心O点在纸面内匀速运动,经过
,导线框转到图中虚线位置,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B根据几何关系得到,线圈的有效面积减小为△S=a2,
根据法拉第电磁感应定律得:0-时间内平均感应电动势E=
=
•B,解得,E=
.
而0-时间内导线框中的平均感应电动势大小E═
=
•B,解得,E=
.故A错误,B正确.
C、由于虚线位置是经过时到达的,不论顺时针还是逆时针,线框的磁通量都是变小的,根据楞次定律,感应电流产生的磁场跟原磁场方向相同,即感应电流产生的磁场方向为垂直纸面向外,根据右手定则,我们可以判断出感应电流的方向为:E→F→G→E,故C正确,
D、同理,-
的磁通量在减小,则由楞次定律可知,导线框中感应电流的方向未E→F→G→E,D正确.
故选:BCD.
有一边长分别为L和2L的矩形导体框,导体框的总电阻为R.让导体框在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度ω绕两短边中点为轴旋转,如图所示.求:
(1)导体框的发热功率;
(2)由图示位置转过90°的过程中,通过导体截面的电量.
正确答案
解:(1)导体框在磁场中产生感应电动势最大值为:Em=BSω=2BL2ω,
其有效值为:E=,
导体框的发热功率:P=,
解得:P=;
(2)感应电动势:E==
=
,
电流I=,
电荷量:q=I△t,
解得:q=;
答:(1)导体框的发热功率P=;
(2)由图示位置转过90°的过程中,通过导体截面的电量q=.
解析
解:(1)导体框在磁场中产生感应电动势最大值为:Em=BSω=2BL2ω,
其有效值为:E=,
导体框的发热功率:P=,
解得:P=;
(2)感应电动势:E==
=
,
电流I=,
电荷量:q=I△t,
解得:q=;
答:(1)导体框的发热功率P=;
(2)由图示位置转过90°的过程中,通过导体截面的电量q=.
如图所示,在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中,有一边长为L=0.2m的正方形导线框,线框平面与磁场垂直.问:
(1)这时穿过线框平面的磁通量为多大;
(2)若线框以AB边为轴转动,转过90°到虚线位置,该过程所花的时间为0.1S,则线圈在此过程中产生的平均电动势为多少;
(3)试判断转动90°过程AB边的电流方向.
正确答案
解:(1)因线圈与磁场垂直,则磁通量为:∅=BS=0.5×0.22Wb=0.02Wb
(2)由法拉第电磁感应定律,则有:E=n=n
V=
=0.2V;
(3)根据楞次定律,则有:电流方向:由A指向B.
答:(1)这时穿过线框平面的磁通量为0.02Wb;
(2)若线框以AB边为轴转动,转过90°到虚线位置,该过程所花的时间为0.1S,则线圈在此过程中产生的平均电动势为0.2V;
(3)试判断转动90°过程AB边的电流方向由A指向B.
解析
解:(1)因线圈与磁场垂直,则磁通量为:∅=BS=0.5×0.22Wb=0.02Wb
(2)由法拉第电磁感应定律,则有:E=n=n
V=
=0.2V;
(3)根据楞次定律,则有:电流方向:由A指向B.
答:(1)这时穿过线框平面的磁通量为0.02Wb;
(2)若线框以AB边为轴转动,转过90°到虚线位置,该过程所花的时间为0.1S,则线圈在此过程中产生的平均电动势为0.2V;
(3)试判断转动90°过程AB边的电流方向由A指向B.
如图所示,一个闭合回路由两部分组成,虚线左侧电阻为r的圆形导线圈置于沿竖直方向、大小均匀变化的磁场B1中,虚线右侧光滑平行导轨的倾角为θ,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,且只分布在虚线右侧.质量为m、电阻为R的导体棒ab此时恰好能静止在导轨上.下列判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、D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ABD错误.
C、根据P=I2(r+R),可知圆形导线中的电热功率为:P=(r+R).故C正确.
故选:C.
某学生设计了一个验证法拉第电磁感应定律的实验,实验装置如图甲所示.在大线圈Ⅰ中放置一个小线圈Ⅱ,大线圈Ⅰ与多功能电源连接.多功能电源输入到大线圈Ⅰ的电流i1的周期为T,且按图乙所示的规律变化,电流i1将在大线圈Ⅰ的内部产生变化的磁场,该磁场磁感应强度B与线圈中电流i的关系为B=ki1(其中k为常数).小线圈Ⅱ与电流传感器连接,并可通过计算机处理数据后绘制出小线圈Ⅱ中感应电流i2随时间t变化的图象.若仅将多功能电源输出电流变化的频率适当增大,则下图中所示各图象中可能正确反映i2-t图象变化的是(图中分别以实线和虚线表示调整前、后的i2-t图象)( )
正确答案
解析
解:根据法拉第电磁感应定律得,E=,因为大线圈中每个时间段内电流均匀变化,则每个时间段内产生的感应电动势不变,则小线圈中每个时间段内感应电流的大小不变.因为多功能电源输出电流变化的频率适当增大,则产生的感应电动势适当增加,感应电流大小适当增加,变化的周期变小.故D正确,A、B、C错误.
故选D.
由法拉第电磁感应定律知(设回路的总电阻一定)( )
正确答案
解析
解:由法拉第电磁感应定律E=n,可知感应电动势E与磁通量的变化率成正比,即感应电动势取决于磁通量的变化快慢,与其他因素没有直接关系,而感应电动势越大,闭合电路的感应电流则越大;故ABC错误,D正确.
故选:D.
如图所示,两个同心金属环,大环半径为a,小环半径为b,两环间的半径方向均匀连接n根相同的直导线,每根直导线上都接一个阻值恒为R的相同小灯泡,在两环间存在一个固定的、形状和面积都与相邻两直导线间隔相同的匀强磁场,磁感应强度为B.环在外力作用下绕垂直两环中心的轴匀速转动,设转动周期为T,且每个小灯泡都能发光,除了灯泡电阻外其他电阻均不计.
(1)求产生的感应电动势的大小;
(2)求所有小灯泡的总功率.
正确答案
解:(1)金属环转动角速度
,每一时刻一定有一直导线在做切割磁感线运动,
等效电路图如图所示:
则产生的感应电动势为:
E=BLv=B(a-b)ω×=
;
(2)灯泡,导线组成闭合电路,则总电阻为:R总=R+
故所有灯泡的总功率为:P总==
答:(1)求产生的感应电动势的大小;
(2)求所有小灯泡的总功率.
解析
解:(1)金属环转动角速度
,每一时刻一定有一直导线在做切割磁感线运动,
等效电路图如图所示:
则产生的感应电动势为:
E=BLv=B(a-b)ω×=
;
(2)灯泡,导线组成闭合电路,则总电阻为:R总=R+
故所有灯泡的总功率为:P总==
答:(1)求产生的感应电动势的大小;
(2)求所有小灯泡的总功率.
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