- 电磁感应
- 共8761题
如图甲所示,水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置,电阻不计,间距d=0.5 m,其右端通过导线与阻值为RL=4 Ω的小灯泡L连接。在CDEF与金属导轨封闭的矩形区域内有竖直向上的匀强磁场,其磁感应强度B随时间的变化如图乙所示.已知CF长l=2 m,现将一阻值r=1Ω、长为6f的金属棒PQ与金属导轨良好接触放置在磁场边界CD处,问:
(1)在t=0至t=1 s内,金属棒PQ保持静止,求小灯泡消耗的电功率;
(2)若在t=1 s时,使金属棒PQ以恒定速度v平行导轨进入磁场区域,通过观察可知小灯泡的亮度与0~1 s内相同,求v的大小。
正确答案
解:(1)在t=0至t=1 s内,金属棒PQ保持静止,此时感应电动势为
P=I2RL
P=0.64W
(2)当棒PQ在磁场区域中运动时,由导体棒切割磁感线产生电动势,电动势为
E'=B'dv
由于灯泡亮度相同,故E'=E
v=2 m/s
如图所示,用相同的均匀导线制成的两个圆环a和b,已知b的半径是a的两倍,若在a内存在着随时间均匀变化的磁场,b在磁场外,M、N两点间的电势差为U;若该磁场存在于b内,a在磁场外,M、N两点间的电势差为多大?(M、N在连接两环的导线的中点,该连接导线的长度不计)
正确答案
解:磁场的变化引起磁通量的变化,从而使闭合电路产生感应电流
由题意,磁场随时间均匀变化,设磁场的变化率为,a的半径为r,则b的半径为2r,线圈导线单位长度电阻为R0线圈a的电阻为Ra=2πrR0,线圈b的电阻为Rb=4πrR0,因此有Rb=2Ra磁场在线圈a中时,a相当于电源,根据法拉第电磁感应定律,电动势为
当磁场在线圈b中时,b相当于电源,所以
U是a为电源时的路端电压,由闭合电路欧姆定律
设Ub是b为电源时的路端电压,同理有
将上面各式联立解得:Ub=2U
如图甲所示,在匀强磁场中,与磁感应强度B成30°角放置一矩形线圈,线圈长l1=10cm、宽l2=8cm,共100匝,线圈电阻r=1.0Ω,与它相连的电路中,电阻R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,电容C=50μF,磁感应强度变化如图乙所示,开关S在t0=0时闭合,在t2=1.5s时又断开,求:
(1)t=1.0s时,R2中电流的大小及方向;
(2)S断开后,通过R2的电量.
正确答案
(1)根据法拉第电磁感应定律,则有:E=n=n
S⊥=n
•Ssin30°=0.2V;
根据闭合电路欧姆定律则有,R2中电流大小为:I==0.02A,
根据楞次定律可知,电流方向通过R2时向左.
(2)通过R2的电荷量:Q=CU=CIR2=5×10-6C.
答:(1)t=1.0s时,R2中电流的大小0.02A,电流方向通过R2时向左;
(2)S断开后,通过R2的电量5×10-6C.
如图甲示,在周期性变化的匀强磁场区域内有垂直于磁场的一半径为r=1m、电阻为R=3.14Ω的金属圆形线框,当磁场按图乙所示规律变化时,线框中有感应电流产生.
(1)在图丙中画出感应电流随时间变化的i-t图象(以逆时针方向为正)
(2)求出线框中感应电流的有效值.
正确答案
(1)由法拉第电磁感应定律知:E=
i=
0-1S内,i1==2A,根据楞次定律得方向逆时针,为正;
1-3S内,i2=1A,方向顺时针,为负
故感应电流随时间变化的图象如图所示
(2)根据电流的热效应知:
R•1+
R•2=I2R•3
I=A=1.41A
答:(1)如图
(2)线框中感应电流的有效值是1.41A.
一个100匝的线圈,在0.4s内穿过它的磁通量从0.02Wb均匀增加到0.08Wb,则线圈中总的感应电动势______V.若线圈电阻为10Ω,则线圈中产生的电流强度I=______A.
正确答案
感应电动势E=n=100×
V=15V
感应电流的大小I==
A=1.5A.
故本题答案为:15,1.5.
如图所示,横截面积为S=0.10m2,匝数为N=120匝的闭合线圈放在平行于线圈轴线的匀强磁场中,该匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图所示.线圈电阻为r=1.2Ω,电阻R=4.8Ω.求:
(1)线圈中的感应电动势;
(2)从t1=0到t2=0.30s时间内,通过电阻R的电荷量q.
正确答案
(1)由B-t图象知,=1T/s
根据法拉第电磁感应定律得:E=N=N
=120×1×0.10V=12V
(2)由闭合电路欧姆定律得电流强度:I==
A=2A
通过电阻R的电量:Q=I△t=2×0.3C=0.6C
答:(1)线圈中的感应电动势为12V;
(2)从t1=0到t2=0.30s时间内,通过电阻R的电荷量q为0.6C.
在如图所示的电路中,R1 R2为 定值电阻,阻值均为4,ab为可动金属滑杆,与导轨接触良好,其阻值Rab也为4,长度L为0.5m,C为平行板电容器,整个电路固定在一个竖直平面内,在滑杆ab与R2之间有一水平方向的矩形磁场B,方向垂直电路平面向里,宽度d=20m,现固定滑杆不动,当磁场的磁感应强度按B=5-2t( T )规律变化时,电容C的两板间有一带电微粒恰好处于悬浮状态.若保持磁感应强度B=5T不变,欲使这颗带电微粒仍然处于悬浮状态,则滑杆ab应该以多大的速度在磁场B中匀速切割磁感线?
正确答案
磁场变化产生的感应电动势为:
E==
①
由楞次定律可知电流流向如图a所示,所以R1与ab杆并联再与R2串联,所以R2两端的电压
U2=E ②
要使电容C中带电微粒仍然处于悬浮状态,R2两端的电压U2′仍然等于U2,即U2′=U2,③
设滑杆ab的速度为v,由右手定则可知电路中电流流向如图b所示,ab杆为电源,R1、R2,并联,
R2两端的电压U2′=BLv ④
由①②③④解得:v=16m/s.
答:滑杆ab应该以16m/s的速度在磁场B中匀速切割磁感线.
在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1500匝,横截面积S=20cm2.螺线管导线电阻r=1.0Ω,R1=4.0Ω,R2=5.0Ω,C=30μF.在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化.求:
(1)求螺线管中产生的感应电动势?
(2)闭合S,电路中的电流稳定后,求此时全电路电流的方向(顺时针还是逆时针)?
(3)闭合S,电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率?
(4)闭合S,电路中的电流稳定后,求电容器的电量?
正确答案
(1)根据法拉第电磁感应定律:E==n•S
代入数据解得:E=1500×2×10-3×=1.2V.
(2、3)根据全电路欧姆定律I==0.12(A)
根据P=I2R1求得 P=5.76×10-2W
根据楞次定律知,电流方向为逆时针.
(4)S断开后,电容器两端的电压U=IR2=0.6V
经R2的电量 Q=CU=1.8×10-5C
答:(1)螺线管中产生的感应电动势为1.2V.
(2、3)全电路电流的方向为逆时针,电阻R1的电功率为=5.76×10-2W.
(4)电容器的电量为1.8×10-5C.
一个500匝的线圈,其电阻为5Ω,将它与电阻为495Ω的电热器连成闭合电路.若在0.3s内,穿过线圈的磁通量从0.03Wb均匀增加到0.09wb,则线圈中产生的感应电动势为______V,通过电热器的电流为______A.
正确答案
根据法拉第电磁感应定律得,E=n=500×
V=100V.
根据闭合电路欧姆定律得,I==
A=0.2A.
故答案为:100,0.2.
如图所示,有一U形金属导轨MNPQ,处在与它垂直的匀强磁中。有一导体棒ab在导轨上向右匀速运动,经过0.1 s,从“1”位置运动到“2”位置。这个过程中,穿过由导轨和导体棒组成的闭合回路的磁通量从0.05Wb增加到0.15Wb。求:
(1)段时间内通过回路的磁通量的变化量;
(2)这段时间内线圈中的感应电动势的大小。
正确答案
(1)0.10Wb
(2)1V
如图所示,桌面上放一单匝线圈,线圈中心上方一定高度处有一竖立的条形磁体。
(1)当磁体竖直向下运动时,穿过线圈的磁通量将 (选填“变大”或“变小”)。
(2)在上述过程中,穿过线圈的磁通量变化了0.2Wb ,经历的时间为0.5s ,则线圈中的感应电动势为 V 。
正确答案
(1)变大
(2)0.4
如图(甲)所示,边长为L=2.5m、质量m=0.50kg的正方形绝缘金属线框,平放在光滑的水平桌面上,磁感应强度B=0.80T的匀强磁场方向竖直向上,金属线框的一边ab与磁场的边界MN重合.在力F作用下金属线框由静止开始向左运动,在5.0s内从磁场中拉出.测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图(乙)所示.已知金届线框的总电阻为震=4.0Ω.
(1)试判断金属线框从磁场中拉出的过程中,线框中的感应电流方向;
(2)t=2.0s时,金属线框的速度和金属线框受的拉力F;
(3)已知在5.0s内力F做功1.92J,那么,金属框从磁场拉出过程线框中产生的焦耳热是多少.
正确答案
(1)由楞次定律知,线框中感应电流的方向为逆时针方向.
(2)设t=2.0s时的速度为v,根据题意得,E=BLv,E=IR
解得:v==
m/s=0.4m/s.
设t=2.0s时的拉力为F,根据题意有:F-BIL=ma
由图象可知,线框做匀加速直线运动,I==
at,图线的斜率得,a=0.2m/s2
联立解得:F=0.5N.
(3)设t=5.0s时的速度为v,整个过程中线框中产生的焦耳热为Q,则有:
E=BLv′=I′R
Q=WF-mv′2
由上述两式解得:Q=WF-m(
)2=1.67J.
答:(1)线框中的感应电流方向为逆时针方向.
(2)t=2.0s时,金属线框的速度为0.4m/s,金属线框受的拉力F为0.5N.
(3)金属框从磁场拉出过程线框中产生的焦耳热是1.67J.
在“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验(见图(a))中,得到图线如图(b)所示。
(1)在实验中需保持不变的是___________。
A.挡光片的宽度
B.小车的释放位置
C.导轨倾斜的角度
D.光电门的位置
(2)线圈匝数增加一倍后重做该实验,在图(b)中画出实验图线。
正确答案
(1)AD
(2)
一磁感强度为的有界匀强磁场区域如图甲所示,质量为m,电阻为R的矩形线圈abcd边长分别为L和2L,线圈一半在磁场内,一半在磁场外。从时刻磁场的磁感应强度开始均匀减小,线圈中产生感应电流,在磁场力作用下运动,其运动的图象如图乙所示,图中斜向虚线为过O点速度曲线的切线,数据由图中给出。不考虑重力影响:求:
(1)线圈中感应电流的方向;
(2)磁场中磁感应强度的变化率;
(3)t3时刻回路的电功率P。
正确答案
解:(1)感应电流为顺时针方向。
(2)从图线可知,t=0时刻线圈速度为零,加速度为:;
此时刻线框中感应电动势:,
;
由;
可解得:;
(3)线圈在时刻开始做匀速运动,在t3时刻应有两种可能:
一是,线圈没有完全进入磁场,磁场就消失,线框内没有感应电流,回路电功率P=0;
二是,磁场没有消失,但线圈完全进入磁场,尽管有感应电流,但各边所受磁场力的合力为零,
由ab和cd两边切割磁感线产生的感应电动势抵消。
回路电功率。
n匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,线圈面积为s,匀强磁场的磁感应强度为B,则从中性面开始转动180°的过程中,穿过线圈的磁通量变化量△φ=___________,此过程中,平均感应电动势和最大感应电动势之比E:Em=___________。
正确答案
2BS,
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