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题型:简答题
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简答题

(20分)如图(甲)所示,两光滑导轨都由水平、倾斜两部分圆滑对接而成,相互平行放置,两导轨相距L=lm ,倾斜导轨与水平面成θ=30°角,倾斜导轨的下面部分处在一垂直斜面的匀强磁场区I中,I区中磁场的磁感应强度B1随时间变化的规律如图(乙)所示,图中t1、t2未知。水平导轨足够长,其左端接有理想电流表G和定值电阻R=3Ω,水平导轨处在一竖直向上的匀强磁场区Ⅱ中,Ⅱ区中的磁场恒定不变,磁感应强度大小为B2=1T ,在t=0时刻,从斜轨上磁场I 区外某处垂直于导轨水平释放一金属棒ab,棒的质量m=0.1kg,电阻r=2Ω,棒下滑时与导轨保持良好接触,棒由倾斜导轨滑向水平导轨时无机械能损失,导轨的电阻不计。若棒在斜面上向下滑动的整个过程中,电流表G的示数大小保持不变,t2时刻进入水平轨道,立刻对棒施一平行于框架平面沿水平方向且与杆垂直的外力。(g取10m/s2)求:

(l)ab 棒进入磁场区I 时的速度v;

(2)磁场区I在沿斜轨方向上的宽度d;

(3)棒从开始运动到刚好进入水平轨道这段时间内ab棒上产生的热量;

(4)若棒在t2时刻进入水平导轨后,电流表G的电流大小I随时间t变化的关系如图(丙)所示(I0未知),已知t2到t3的时间为0.5s,t3到t4的时间为1s,请在图(丁)中作出t2到t4时间内外力大小

F随时间t变化的函数图像。

正确答案

(1)2.5m/s(2)0.625m(3)0.375J(4)见解析

(20分)

(1)电流表的示数不变,说明在整个下滑过程中回路的的电动势是不变的,说明在B变化时和不变时感应电动势大小一样,所以可以判断在t1时刻棒刚好进入磁场区域且做匀速直线运动。

mgsin-BIL=0,  ,    E1=BLV,  代入数值得v=2.5m/s        (4分)

(2)没进入磁场以前做匀加速直线运动,加速度是  a=gsin300=5m/s2,  v=at,  t1=0.5s  ,

下滑的距离是s1=at2=0.625m,再没进入磁场以前,由于B均匀变化,所以E2=,        

又E1=BLV   E1= E,  41d=112.5,   d=0.625m                 (6分)

(3)ab棒进入磁场以前,棒上产生的热量为    Q1=I2Rt1=0.52×2×0.5J=0.25J

取ab棒在斜轨磁场中运动为研究过程,    mgd sin-Q2=0      Q2="0.3125J."

此时,棒上产生的热量是Q2r==0.125J                       

则棒上产生的总热量是Qr= Q1+Q2r="0.375" J               (6分)

或:Qr=I2R(t1+t2)=0.52×2×(0.5+0.25)J=0.375J

(4) 因为E=BLv,所以刚进水平轨道时时的电动势是E=2.5V,   I0==0.5A

取t2时刻为零时刻,则根据图线可以写出I-t的方程式:I=0.5-tˊ,I=,

则v="2.5-5" tˊ,所以a1=5m/s2.有牛顿第二定律可得:F+BIL=ma1,F+I=1  F=tˊ

画在坐标系里。

由丙图可以同理得出棒运动的加速度大小是a2=2.5m/s2,依据牛顿定律得F-BIL=ma2

取t3时刻为零时刻,可以写出t3时刻后的I与时间的关系式,I="0.5" t ,代入上面的式子可以得到F=0.25+0.5t画在坐标系里。(图中图线作为参考)                       (4分)

本题考查的是电磁感应定律和力学综合的相关问题,根据电磁感应定律和匀速直线运动的受力平衡可以求出运动速度;根据匀加速直线运动的规律求出磁场宽度;根据焦耳定律和功能关系可以求出产生的焦耳热;根据欧姆定律和牛顿第二定律可以得出力与时间的关系;

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题型:简答题
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简答题

如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,两根金属杆OM、ON在O点相接,夹角为120°。金属棒AC与两金属杆接触,接触点是E、F,△OEF是等腰三角形,EO=L。金属杆、金属棒单位长度的电阻都是K,现让AC以加速度a从静止开始垂直于AC向左运动,求回路中电功率的最大值。(已知磁场方向垂直△OEF所在平面)。

 

正确答案

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题型:填空题
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填空题

一个100匝的线圈,在0.5s内穿过它的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。求线圈中的感应电动势        V,与10Ω的电阻串联,电流大小       A

正确答案

16V、1.6A

电动势,电流

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填空题

一闭合线圈有50匝,总电阻R=20 Ω,穿过它的磁通量在0.1 s内由8×10-3 Wb增加到1.2×10-2 Wb,则线圈中磁通量的变化率为______ Wb/s,线圈中的电流强度I=________ A.

正确答案

0.04 0.1

试题分析:磁通量的变化率为,感应电动势为

点评:难度较小,熟记并灵活应用求解

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简答题

有一个500匝的线圈,在0.2s内穿过它的磁通量从0.02Wb增加到0.08Wb,

(1)求线圈中的感应电动势。

(2)如果线圈的电阻是10Ω,把它跟一个电阻是90Ω的电热器串联组成闭合电路时,通过电热器的电流是多大?

正确答案

(1)150V(2) 1.5(A)

E=n=500=150(v)

I===1.5(A)

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简答题

如图16-2-7所示,边长为20cm的正方形单匝线框abcd靠墙根斜放,线框平面与水平地面间夹角为30°,该区域有B=0.2T、方向水平向右的匀强磁场.现将cd边向右拉一下,ab边经0.1s着地,在该过程中线框里产生的平均感应电动势的大小为_______.

图16-2-7

正确答案

0.04 V

E===0.04 V.

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简答题

如图16-2-15,面积为0.2 m2的100匝线圈处在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,已知磁感应强度随时间变化规律为B=2+0.2t(T),定值电阻R1="6" Ω,线圈电阻R2="4" Ω,试分析:

图16-2-15

(1)磁通量变化率(),回路感应电动势(E);

(2)a、b两点间电压Uab.

正确答案

(1)0.04 Wb/s  4 V  (2)2.4 V

(1)由B="2+0.2t" T得:磁感应强度变化率:="0.2" T/s.因此,磁通量变化率为 =0.2×0.2 Wb/s="0.04" Wb/s.

根据法拉第电磁感应定律得,回路感应电动势:E=N=100×0.04 Wb/s="4" V.

(2)在回路中,产生电磁感应现象的具体部位在线圈处,该处可处理为等效电源.根据楞次定律可知,线圈中感应电流方向由b→a,因此线圈a、b两端点电势关系为:Ua>Ub.

根据全电路欧姆定律得:I=E/(R1+R2)="0.4" A

a、b两点间电压Uab=E-IR2="2.4" V

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填空题

如图甲所示,一个电阻值为R的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路.线圈的半径为r.在线圈中存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示,图中B0和t0已知.导线电阻不计.求:0至t0时间内,

(1)通过电阻R1电流I的大小和方向;

(2)通过电阻R1的电荷量q;

(3)电阻R1上产生的热量Q.

正确答案

(1)由法拉第电磁感应定律得:

感应电动势:E===

感应电流:I==

由楞次定律可知:通过R1的电流方向为a→b;

(2)设通过R1的电量为q,

电荷量:q=It0=

(3)由焦耳定律可知,电阻R1上产生的热量:

Q=I2R1t0=2Rt0()2=

答:(1)通过电阻R1电流I的大小为,方向:a→b;

(2)通过电阻R1的电荷量为

(3)电阻R1上产生的热量为

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简答题

(2001年上海)如图所示,固定于水平面上的金属框cdef,处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒ab搁在框架上,可无摩擦滑动.此时abed构成一个边长l的正方形,棒电阻r,其余电阻不计,开始时磁感应强度为B

(1)若以t=0时起,磁感应强度均匀增加,每秒增加量k,同时保持棒静止,求棒中的感应电流。

(2)在上述情况中,棒始终保持静止,当t=t1时需加垂直于棒水平外力多大?

(3)若从t=0时起,磁感应强度逐渐减小,当棒以恒定速度v向右匀速运动,可使棒中不产生I,则磁感应强度应怎样随时间变化?(写出Bt的关系式)

正确答案

(1)(2)(B0+kt1

(3)

(1)据法拉第电磁感应定律,回路中产生的感应电动势为

E==kl2

回路中的感应电流为

I=

(2)当t=t1时,B=B0+kt1

金属杆所受的安培力为

F=BIl=(B0+kt1

据平衡条件,作用于杆上的水平拉力为

F=F=(B0+kt1

(3)要使棒中不产生感应电流,则通过闭合回路的磁通量不变,即

B0l2=Bll+vt

解得

B=

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简答题

如图所示,均匀导体制成的圆环直径上固定一金属细棒ab,圆心O处为一转轴,匀强磁场边界cd通过圆心,已知磁感强度B=0.2T,Oa=0.1m,圆环全长电阻为0.4Ω,直棒电阻为0.1Ω,圆环以角速度ω=100rad/s绕O轴逆时针匀速转动,求:

(1)当aO进入磁场后产生感应电动势的大小?

(2)当aO进入磁场后通过bO电流的大小和方向?

正确答案

(1)0.1V       (2)0.5A ,方向由o到b

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填空题

如图所示,线圈内有理想边界的磁场,当磁感应强度均匀增加时,有一带电粒子静止于水平放置的平行板电容器中间,则此粒子电性是______,若增大磁感应强度的变化率,则带电粒子将______(填“向上运动”“向下运动”或静止”)

正确答案

当磁场均匀增加时,由楞次定律可判断上极板带正电.所以平行板电容器的板间的电场方向向下,带电粒子受重力和电场力平衡,所以粒子带负电.

若增大磁感应强度的变化率,感应电动势增大,粒子受的电场力增大,则带电粒子将向上运动.

故答案为:负,向上运动

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简答题

如图14所示,水平面上平行放置的光滑金属导轨相距L="0.2" m,导轨置于磁感应强度B="0.5" T、方向与导轨平面垂直的匀强磁场中,导轨左端接阻值为R="1.5" Ω的电阻,导轨电阻可忽略不计.今把电阻r="0.5" Ω的导体棒MN放在导轨上,棒与导轨垂直,接触良好.若导体棒以v="10" m/s的速度匀速向右运动,求:

图14

(1)导体棒中感应电动势的大小及通过MN棒的电流大小;

(2)导体棒两端的电势差;

(3)维持导体棒做匀速运动所施加的向右的水平外力的大小.

正确答案

(1)1 V 0.5 A (2)0.75 V (3)0.05 N

(1)电动势E=Blv="0.5×0.2×10" V="1" V

(2)U=I·RE-Ir="0.75" V.

(3)因为匀速,所以受力平衡,F=F=BIl="0.5×0.5×0.2" N="0.05" N.

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填空题

如图所示,在光滑水平面上,一质量为m=0.1kg,半径为r=0.5m,电阻为R=0.5Ω的单匝均匀金属圆环,以v0=5m/s的初速度向一磁感应强度为B=0.1T的有界匀强磁场滑去(磁场宽度d>2r).圆环的一半进入磁场历时2s,圆环上产生的焦耳热为0.8J,则2s内圆环中的平均感应电动势大小为______V,2s末圆环的加速度大小为______m/s2

正确答案

由法拉第电磁感应定律得:

E==B=0.1×=V,

对圆环,由能量守恒定律得:

mv02=Q+mv2

代入数据解得:v=3m/s,

圆环受到的安培力:F=BIL==

由牛顿第二定律得:=ma,

代入数据解得:a=0.6m/s2

故答案为:,0.6.

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简答题

在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个匝数为n的矩形线圈,边长ab=L1,bc=L2线圈绕中心轴ab以角速度ω由图示位置逆时针方向转动。试求:

(1)线圈中产生感应电动势的最大值;

(2) 线圈转过1/4周的过程中的平均感应电动势。

(3) 设线圈的总电阻为R,线圈转过1/4周的过程中通过某一截面的电量。

正确答案

(1) Bωs (2)(3)

(1)v=ωL2  Em=BL2v=BωL1L2=Bωs     2分

(2)E=  =                       3分

(3)Q==               3分

本题考查法拉第电磁感应定律的应用,当线圈与磁场平行时,导体棒切割磁感线的有效速度最大,感应电动势最大,平均感应电动势要利用公式E= n去求,流过横截面的电量根据公式去求

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简答题

如图所示,小灯泡规格为“2 V,4 W”,接在光滑水平导轨上,导轨间距为0.1 m,电阻不计.金属棒ab垂直搁在导轨上,电阻为1 Ω,整个装置处于B=1 T的匀强磁场中.求:

(1)为使灯泡正常发光,ab的滑行速度为多大?

(2)拉动金属棒ab的外力的功率有多大?

正确答案

(1)40m/s(2)8W

(1)(1分)   (1分)

(2分)(2分)

(2) (3分)

本题考查法拉第电磁感应定律与电路的结合,切割磁感线的导体棒相当于电源,导体棒的电阻为电源内阻,画出等效电路图,依据闭合电路欧姆定律求解

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