- 电磁感应
- 共8761题
有一面积为S=100cm2的金属环,电阻为R=0.1Ω,环中磁场变化规律如图乙所示,且磁场方向垂直环面向里,在t1到t2时间内,环中感应电流的方向如何?通过金属环的电荷量为多少?
正确答案
解:(1)随着磁感应强度均匀增加,导致穿过金属环的磁通量增加,
根据楞次定律可得:感应磁场方向与原磁场方向相反,
再由安培定则可知:环中的感应电流方向逆时针.
(2)由法拉第电磁感应定律,有:E==
,
闭合电路欧姆定律,有:I=,
由电量公式q=I△t得则在t1到t2时间内,电量为:
q==
=
C=0.01C
答:(1)通过金属环R的电流方向逆时针.
(2)在t1到t2时间内,通过金属环的电荷量为0.01C.
解析
解:(1)随着磁感应强度均匀增加,导致穿过金属环的磁通量增加,
根据楞次定律可得:感应磁场方向与原磁场方向相反,
再由安培定则可知:环中的感应电流方向逆时针.
(2)由法拉第电磁感应定律,有:E==
,
闭合电路欧姆定律,有:I=,
由电量公式q=I△t得则在t1到t2时间内,电量为:
q==
=
C=0.01C
答:(1)通过金属环R的电流方向逆时针.
(2)在t1到t2时间内,通过金属环的电荷量为0.01C.
如图甲所示,10匝圆形(半径r0=0.1m)线圈的区域内有均匀变化的磁场,滑动变阻器的最大阻值为R0=22Ω,与线圈连接后,组成分压器对负载R′(纯电阻)供电.图乙所示为该电路的路端电压随外电阻变化的关系图线,每匝线圈允许通过的电流不能超过2A.求:
(1)磁场磁感应强度的变化率和单匝线圈的内阻;
(2)接到滑动变阻器a、b间的负载电阻R′的阻值许可范围.
正确答案
解:(1)由乙图可知,当R→∞时,U=E,则得电源的电动势E=12 V;
根据法拉第电磁感应定律,则有:;
得:=38.2Wb/s;
而当U=6V=时,应有:r=R=2Ω.
由于10匝圆形线圈,则单匝线圈的内阻为:r;
(2)A、B两端接某一负载电阻后,滑动变阻器滑片移至上端时,干路电流最大.
此时I= 为了使电源不过载,应保证I≤2 A
代入数据得:Rx≥4.9Ω
即所接负载电阻最小值为4.9Ω.
答:(1)磁场磁感应强度的变化率=38.4Wb/s和单匝线圈的内阻0.2Ω;
(2)所接负载电阻最小值为4.9Ω.
解析
解:(1)由乙图可知,当R→∞时,U=E,则得电源的电动势E=12 V;
根据法拉第电磁感应定律,则有:;
得:=38.2Wb/s;
而当U=6V=时,应有:r=R=2Ω.
由于10匝圆形线圈,则单匝线圈的内阻为:r;
(2)A、B两端接某一负载电阻后,滑动变阻器滑片移至上端时,干路电流最大.
此时I= 为了使电源不过载,应保证I≤2 A
代入数据得:Rx≥4.9Ω
即所接负载电阻最小值为4.9Ω.
答:(1)磁场磁感应强度的变化率=38.4Wb/s和单匝线圈的内阻0.2Ω;
(2)所接负载电阻最小值为4.9Ω.
如图所示,在匀强磁场中,有一接有电容器的导线回路,已知C=30u F,L1=5cm,L2=8cm磁场以5×10-2T/s的速率均匀增强,则电容器c所带的电荷量为______C.
正确答案
6×10-9
解析
解:根据法拉第电磁感应定律得:
E==
S=0.05×0.05×0.08V=2×10-4V
则电容器C所带的电荷量:Q=CU=CE=3×10-5×2×10-4=6×10-9C.
故答案为:6×10-9.
(2016•济宁一模)如图所示,用均匀导线做成边长为0.2m的正方形线框,线框的一半处于垂直线框向里的有界匀强磁场中.当磁场以20T/s的变化率增强时,a、b两点间电势差的大小为U,则( )
正确答案
解析
解:题中正方形线框的左半部分磁通量变化而产生感应电动势,从而在线框中有感应电流产生,把左半部分线框看成电源,其电动势为E,内电阻为
,画出等效电路如图所示.
则a、b两点间的电势差即为电源的路端电压,设l是边长,且依题意知:=20 T/s.
由法拉第电磁感应定律,得:
E=N=1×20×
V=0.4 V
所以有:U=IR==0.2V,
由于a点电势低于b点电势,故有:Uab=-0.2 V.
故选:A.
一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面,规定向里为正方向,在磁场中有一金属圆环,圆环平面位于纸面内,如图所示.现令磁感应强度B随时间变化,先按如图所示的Oa图线变化,后来又按照图线bc、cd变化,令E1、E2、E3分别表示这三段变化过程中的感应电动势的大小,I1、I2、I3分别表示对应的感应电流,则( )
正确答案
解析
解:由法拉第电磁感应定律可知E=n,由图知应有第1段中磁通量的变化率较小,而bc、cd两段中磁通量的变化率相同,故有E1<E2=E3.
由楞次定律可判断出I1沿逆时针方向,I2与I3均沿顺时针方向.故ACD均错误;B正确;
故选:B.
有一个100匝的线圈,在0.4s内穿过它的磁通量从0.02Wb变化到0.1Wb,则线圈中的感应电动势为______V.
正确答案
解:由法拉第电磁感应定律有:
E==100×
V=20V
故答案为:20.
解析
解:由法拉第电磁感应定律有:
E==100×
V=20V
故答案为:20.
在图中匀强磁场的磁感应强度为0.5T,导体AB长为0.1m,电阻值为0.5Ω,AB在金属框上以10m/s速度向右滑动,R=2Ω,其他导线电阻可忽略不计,则在导体AB上产生感应电动势的大小为______,方向为______,通过R的电流大小是______,导体AB所受磁场力的方向是______.
正确答案
0.5V
A→B
0.2A
向左
解析
解:根据法拉第电磁感应定律得:
E=BLv=0.5×0.1×10V=0.5V
由右手定则得,感应电流的方向为A→B.
根据闭合电路欧姆定律,则有I=
由左手定则可知,安培力的方向即为向左,
故答案为:0.5V;A→B;0.2A;向左.
如图甲所示,在虚线框两侧区域存在有大小为B、方向分别为水平向左和水平向右的匀强磁场.用薄金属条制成的闭合正方形框aa′b′b边长为L,质量为m,电阻为R.金属方框水平放置于距磁场上边界H处,由静止开始下落,其平面在下落过程中始终保持水平,当其落人磁场后,aa′整边、bb′整边分别位于左、右两边的磁场中,方向均与磁场方向垂直,乙图是从上向下看的俯视图.(不计空气阻力).
(1)求方框下落的最大速度vm(设磁场区域在竖直方向足够长);
(2)当方框下落的速度为v时,求此时方框内感应电流的功率P;
(3)从进入磁场开始计时经过时间t,方框在磁场中下落了高度h,速度达到vt.若在这段时间内感应电流做的功与一恒定电流,I0在t时间内在该框内做的功相同,求恒定电流l0的表达式.
正确答案
解:(1)根据自由落体公式:v2=2gH,
可得方框刚进入磁场时的速度:v0=,
令方框在磁场中达到稳定时速度为v′,则有:
mg=BI×2L=
可得:v′=,
若v0≥v′,则方框进入磁场后做加速度变小减速运动,其最大速度为:v0=;
若v0<v′,则方框进入磁场后做加速度变小加速运动,其最大速度为:v′=;
(2)当方框下落的速度为 v 时,方框内感应电流的功率:P=I2R=4;
(3)根据能量转化的关系可得:mg(H+h)=mvt2+I02Rt
因此等效电流:I0=.
答:(1)当v0≥v′,则方框下落的最大速度vm=;当v0<v′,则方框下落的最大速度vm═
;
(2)当方框下落的速度为v时,此时方框内感应电流的功率P=4;
(3)恒定电流l0的表达式I0=.
解析
解:(1)根据自由落体公式:v2=2gH,
可得方框刚进入磁场时的速度:v0=,
令方框在磁场中达到稳定时速度为v′,则有:
mg=BI×2L=
可得:v′=,
若v0≥v′,则方框进入磁场后做加速度变小减速运动,其最大速度为:v0=;
若v0<v′,则方框进入磁场后做加速度变小加速运动,其最大速度为:v′=;
(2)当方框下落的速度为 v 时,方框内感应电流的功率:P=I2R=4;
(3)根据能量转化的关系可得:mg(H+h)=mvt2+I02Rt
因此等效电流:I0=.
答:(1)当v0≥v′,则方框下落的最大速度vm=;当v0<v′,则方框下落的最大速度vm═
;
(2)当方框下落的速度为v时,此时方框内感应电流的功率P=4;
(3)恒定电流l0的表达式I0=.
如图所示,匀强磁场的磁感应强度为0.5T,有一个50匝的矩形线圈,面积大小为0.5m2,从图示位置转过90°所用的时间为0.25s,问:
(1)上述过程中穿过线圈的磁通量如何变化;
(2)这一过程中穿过线圈的磁通量的变化量△∅;
(3)这一过程中线圈中的平均感应电动势E的大小.
正确答案
解:(1)由图示可知,图示时刻,磁场与面平行,穿过面的磁通量为零,转过90°后,穿过面的磁通量为BS,在此过程中穿过线圈的磁通量增大;
(2)穿过线圈的磁通量的变化量△Φ=Φ2-Φ1=BS-0=0.5×0.5=0.25Wb;
(3)由法拉第电阻感应定律可得:
感应电动势:E=n=50×
=50V;
答:(1)上述过程中穿过线圈的磁通量减少;
(2)这一过程中穿过线圈的磁通量的变化量为0.25Wb;
(3)这一过程中线圈中的平均感应电动势E的大小为50V.
解析
解:(1)由图示可知,图示时刻,磁场与面平行,穿过面的磁通量为零,转过90°后,穿过面的磁通量为BS,在此过程中穿过线圈的磁通量增大;
(2)穿过线圈的磁通量的变化量△Φ=Φ2-Φ1=BS-0=0.5×0.5=0.25Wb;
(3)由法拉第电阻感应定律可得:
感应电动势:E=n=50×
=50V;
答:(1)上述过程中穿过线圈的磁通量减少;
(2)这一过程中穿过线圈的磁通量的变化量为0.25Wb;
(3)这一过程中线圈中的平均感应电动势E的大小为50V.
如图所示,两根平行光滑导轨竖直放置,相距L=0.1m,处于垂直轨道平面的磁感应强度B=10T的匀强磁场中.质量m=0.1kg、电阻为R=2Ω的金属杆ab接在两根导轨间,在开关S断开时让ab自由下落,ab下落过程中始终保持与导轨垂直并与之接触良好,设导轨足够长且电阻不计,取g=10m/s2,当下落h=0.8m时,开关S闭合.若从开关S闭合时开始计时,则ab下滑的速度v随时间t变化的图象是图中的( )
正确答案
解析
解:ab棒下落h高度时速度为:
v==
=4m/s
开关S闭合时产生的感应电动势为:E=BLv,
感应电流为:I=,
ab所受的安培力大小为:F=BIL
联立得:F==
N=2N
ab棒的重力为 G=mg=0.1×10N=1N
则 F>G,则ab将做减速运动,随着速度的减小,安培力减小,合力减小,加速度减小,v-t图象的斜率减小,当F=G时ab棒开始做匀速直线运动,故D正确.
故选:D.
如图所示,A、B两个闭合线圈用同样的导线制成,匝数都为10匝,半径rA=2rB,图示区域内有磁感应强度均匀减小的匀强磁场,A、B线圈中产生的感应电动势分别为EA,EB.线圈中的感应电流分别为IA,IB,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据法拉第电磁感应定律E=n=n
,题中n相同,
相同,面积S也相同,
则得到A、B环中感应电动势EA:EB=1:1.
根据电阻定律R=ρ,L=n•2πr,ρ、S相同,则电阻之比为:RA:RB=rA:rB=2:1,
根据欧姆定律I= 得产生的感应电流之比为:IA:IB=1:2.
故选:C.
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弹性导线组成(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=30°,已知sin30°=0.5,cos30°=
.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、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A错误.
B、穿过线圈PQM中的磁通量大小为φ=B•2Rsin37°•2Rcos37°
Ba2.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错误,D正确.
故选:BD.
如图所示,用绝缘导线绕制的闭合线圈,共100匝,线圈总电阻为R=0.5Ω,单匝线圈的面积为30cm2.整个线圈放在垂直线圈平面的匀强磁场中,如果匀强磁场以如图所示变化,求线圈中感应电流的大小.
正确答案
解:由法拉第电磁感应定律得,感应电动势:
E=n=n
=100×
=0.0015V,
线圈中的感应电流为:I==
=0.003A;
答:线圈中感应电流大小为0.003A.
解析
解:由法拉第电磁感应定律得,感应电动势:
E=n=n
=100×
=0.0015V,
线圈中的感应电流为:I==
=0.003A;
答:线圈中感应电流大小为0.003A.
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有关,在磁通量变化率一定时,线圈匝数越多,感应电动势越大,线圈匝数越少,感应电动势越小,故A错误;
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、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C错误;
D、磁通量变化越慢,磁通量的变化率越小,由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势越小,故D正确;
故选:D.
如图甲所示,平行纸面放一环形闭合导体线圈,线圈所在空间充满垂直纸面的匀强磁场,该磁场方向垂直纸面向里为B的正方向,线圈中感应电流方向沿顺时针方向为正方向,如要产生如图乙所示的随时间变化的感应电流,则磁感应强度B随时间变化图象可能是图中的( )
正确答案
解析
解:线圈中感应电流方向沿顺时针方向为正方向,由E=N=
可知,电路中电流大小恒定不变
由图可知,线圈产生的先电流逆时针方向,大小恒定,后顺时针方向,大小也恒定,
A、由楞次定律可知,穿过线圈的磁场垂直向外,大小先均匀增大,后均匀减小,则产生感应电流先顺时针,后逆时针,故A错误,
B、由楞次定律可知,穿过线圈的磁场垂直向外,大小先均匀减小,后反向,即垂直向里,大小均匀增大,则产生感应电流先顺时针,后仍是顺时针,故B错误,
C、由楞次定律可知,穿过线圈的磁场垂直向里,大小先均匀增大,后均匀减小,则产生感应电流先逆时针,后顺时针,故C正确,
D、穿过线圈的磁场不变,没有磁通量的变化,则没有感应电动势,故D错误.
故选:C.
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