- 电磁感应
- 共8761题
如图把一个面积为S,总电阻为R的矩形金属环放在磁感应强度为B的匀强磁场中,当把环翻转180°的过程中,流过金属环某一横截面的电量是______.
正确答案
当把环翻转180°的过程中,穿过圆环的磁通量变化量的大小为:△Φ=2BS;
根据法拉第电磁感应定律得,感应电动势的平均值为:=
感应电流的平均值为:=
流过环某一横截面的电量为:q=•△t
联立上式得:q=
故答案为:.
如图所示,平行金属导轨的电阻不计,ab、cd的电阻均为R,长为l,另外的电阻阻值为R,整个装置放在磁感强度为B的匀强磁场中,当ab、cd以速率v向右运动时,通过R的电流强度为多少?
正确答案
由题意可知,两棒切割磁感线产生感应电动势,由法拉第电磁感应定律,两棒产生感应电动势均为:
E=Blv;
相当于两电源并联后再与电阻串联,根据闭合电路欧姆定律,则有:
I==
;
答:通过R的电流强度为.
如图所示,在跟匀强磁场垂直的平面内放置一个折成锐角的裸导线MON,∠MON=α。在它上面搁置另一根与ON垂直的导线PQ,PQ紧贴MO,ON并以平行于ON的速度V,从顶角O开始向右匀速滑动,设裸导线单位长度的电阻为R0,磁感强度为B,求回路中的感应电流。
正确答案
【错解分析】错解:设PQ从顶角O开始向右运动的时间为Δt,
Ob=v·Δt,
ab=v·Δt·tanα,
回路的电阻为
回路中
此解法错误的原因在于利用求出的电动势的平均值,而不是我们要求的电动势的瞬时值。因为电阻
是经过Δt时间后,PQ的所在位置时回路的顺时电阻值。
由于两者不对应,结果就不可能正确。
【正解】设PQ从顶角O开始向右运动的时间为Δt,Ob=v·Δt,ab=v·Δt·tanα,回路的电阻为
回路中ε=Blv=B·ab·v=Bv2·Δt·tanα。回路中感应电流
【点评】本题的关键在于审题。由于线框的形状特殊,随时间增大,产生的感应电动势不是恒量。避免出错的办法是先判断感应电动势的特征,根据具体情况决定用瞬时值的表达式求解。
如图所示,在匀强磁场中有一个“n”形导线框可绕AB轴转动,已知匀强磁场的磁感应强度B=T(磁场无限大),线框的CD边长为l1=20cm,CE、DF边长均为l2=10cm,线圈电阻r=1Ω,转速为50r/s.外电路电阻R=4Ω,若从图示位置开始计时,
(1)转动过程中感应电动势的最大值;
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势;
(3)交流电压表的示数;
(4)周期内通过R的电荷量为多少?
正确答案
(1)电动势的最大值为:Em=BSω=Bl1l2ω,其中ω=2πn
带入数据得:Em=×0.2×0.1×2π×50=10
V
(2)感应电动势的瞬时值表达式为:e=EMcosωt
转过60°角时得:e=10cos60°=5
V
(3)电压表显示的是路端电压的有效值:E==10V
U=E=
×10=8V
(4)q=It=.
△t=
Φ=BSsinωt,△Φ=BSsinω=
×
×0.2×0.1=
代入数据得:q==
=6.37×10-3C
答:(1)转动过程中感应电动势的最大值10V;
(2)由图示位置(线圈平面与磁感线平行)转过60°角时的瞬时感应电动势5V;
(3)交流电压表的示数8V;
(4)周期内通过R的电荷量为6.37×10-3C
有一个50匝的线圈,在0.4秒内穿过它的磁通量由0.02韦伯均匀地增加到0.09韦伯.那么磁通量的改变量是______韦伯,磁通量的变化率是______韦伯/秒,线圈中的感应电动势等于______伏.
正确答案
磁通理量的变化量:△∅=∅2-∅1=0.09Wb-0.02Wb=0.07Wb
而磁通量的变化率为:=
Wb/s=0.175Wb/s
根据法拉第电磁感应定律得
E=N=50×
V=8.75V
故答案为:0.07,0.175,8.75.
如图a所示,面积为0.01m2、电阻为0.1Ω的单匝正方形导线框放在匀强磁场中,磁场方向与线框平面垂直.磁感应强度B随时间t的变化图线如图b所示.t=0时刻,磁感应强度的方向垂直于纸面向里.在1s末线框中感应电流的大小为______A.若规定逆时针方向为电流的正方向,请在图c中画出前4s内感应电流i随时间t的变化图线.
正确答案
由图知,在0-2s磁感应强度均匀变化,磁感应强度的变化率,穿过线圈的磁通量变化率不变,根据法拉第电磁感应定律得知,线框产生的感应电动势和感应电流不变,则
在1s末线框中产生的感应电动势的大小为E1==
S=
×0.01V=0.02V
感应电流为I1==
A=0.2A,根据楞次定律判断得知:0-2内感应电流方向沿顺时针方向,为负方向;
同理,在2-4s内,线框中产生的感应电流大小为0.2A,方向沿逆时针方向,为正方向.画出前4s内感应电流i随时间t的变化图线如图.
故答案为:0.2,图c中画出前4s内感应电流i随时间t的变化图线如图所示.
(I)为了探究“感应电流产生的条件”,甲同学将电池组、滑线变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图连接. 经乙同学检查后发现甲同学接线有错误,应该导线是 _________(用导线两端的字母符号表示)。如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上电键后可能出现的情况有:将原线圈迅速插入副线圈时,灵敏电流计指针将________。(填“向右偏”、“向左偏”或“不偏转”)原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,灵敏电流计指针___________。(填“向右偏”、“向左偏”或“不偏转”)
正确答案
gh 向右偏 向左偏
试题分析:电路应是滑动变阻器串联在电路中,所以错误的是gh;在闭合电键时,电流增大,磁场增强,穿过副线圈的磁通量增大,灵敏电流计的指针向右偏,若将原线圈迅速插入副线圈时,穿过副线圈的磁通量增大,所以灵敏电流计的指针向右偏;若将滑动变阻器触头迅速向左拉时,电阻增大,电流减小,磁场减弱,穿过副线圈的磁通量减小,所以灵敏电流计的指针向左偏。
如图所示,一个50匝的线圈的两端跟R=99Ω的电阻相连接,置于竖直向下的匀强磁场中,线圈的横截面积是20cm2,电阻为1Ω,磁感应强度以100T/s的变化率均匀减小,在这一过程中通过电阻R的电流为多大?
正确答案
解:由法拉第电磁感应定律得线圈中产生的感应电动势为
由闭合电路欧姆定律得感应电流大小为
如图所示,两个互相连接的金属环用同样规格的导线制成,大环半径是小环半径的4倍,若穿过大环的磁场不变,小环中磁场变化率为k时,其路端电压为U;若小环中磁场不变,而大环中磁场变化率也为k时,其路端电压为____________.
正确答案
4U
根据题意设小环电阻为R,则大环电阻为4R,小环的面积为S,大环的面积为16S,且
当小环磁场发生变化时,小环相当于电源,大环是外电路,
感应电动势
则路端电压
当大环磁场发生变化时,大环相当于电源,小环是外电路,感应电动势E2为
则U′= 则U′=4U.
(20分)其同学设计一个发电测速装置,工作原理如图所示。一个半径为R=0.1m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒OA,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上。转轴的左端有一个半径为r=R/3的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动。圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5kg的铝块。在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T。a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连。测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度。铝块由静止释放,下落h=0.3m时,测得U=0.15V。(细线与圆盘间没有滑动国,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g=10m/s2)
(1)测U时,a点相接的是电压表的“正极”还是“负极”?
(2)求此时铝块的速度大小;
(3)求此下落过程中铝块机械能的损失。
正确答案
(1)正极 (2)2 m/s (3)0.5J
试题分析:(1)根据右手定则可判断a点为电源的正极,故a点相接的是电压表的“正极”
(2)由电磁感应定律得
联立解得v="2" m/s
(3)根据能量守恒得:
如图甲,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.每根棒在导轨间的部分,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:⑴0~2.0s的时间内,电路中感应电流的大小与方向;⑵t=1.0s的时刻丝线的拉力大小.
正确答案
⑴,顺时针 ⑵
试题分析:⑴由图乙可知
由法拉第电磁感应定律有
则
由楞次定律可知电流方向为顺时针方向
⑵导体棒在水平方向上受丝线拉力和安培力平衡
由图可知t=1.0s是B=0.1T
则
点评:本题的关键掌握法拉第电磁感应定律以及安培力的大小公式F=BIL.
试求:
金属棒MN运动达到稳定状态后,1s钟内外力F所做的功并说明能量的转化是否守恒.
正确答案
能量的转化是守恒的
最初MN、PQ均刚好保持静止。根据其受力情况可知MN、PQ与导轨间最大静摩擦力……(1)当用外力F作用MN棒时
…(2)
故MN开始沿导轨加速上滑,棒中产生感应电动势,回路中形成感应电流。因此,棒MN又将受到安培力作用。当MN棒所受外力的合力为零时,金属棒MN达最大速度,设为Vm,则
……(3)其中
……(4)
……(5)
故……(6)考虑此时棒PQ的受力情况,应有
保持静止。所以有
……(7) 联立(3)至(7)式可得
……(8)
金属棒达稳定状态后,1s内位移为……(9)
故……(10)对应时间内:
说明能量的转化是守恒的.
甲、乙两个相同的线圈,如在1秒钟内通过甲线圈的磁通量由1韦伯增加到5韦伯;在5秒钟的时间里,通过乙线圈的磁通量从2韦伯均匀增加到1你韦伯,则产生感应电动势较大的线圈是______.
正确答案
甲线圈磁通理量的变化量:△∅=∅2-∅3=5Wb-3Wb=4Wb
根据法拉第电磁感应定律五
E=N=
V=4V
乙线圈磁通理量的变化量:△∅=∅2-∅3=3hWb-2Wb=8Wb
根据法拉第电磁感应定律五
E=N=
V=3.6V
因此甲线圈的感应电动势大,
故答案为:甲
如图为俯视图,abcd是一边长为l的匀质正方形导线框,总电阻为R,放在光滑的水平面上,今使线框在外力作用下以恒定速度v水平向右穿过方向垂直于水平面向里的匀强磁场区域.已知磁感应强度大小为B,磁场宽度为3l,求
(1)线框在进入磁场区和穿出磁场区的两个过程中的感应电流方向和感应电动势的大小
(2)线框在进入磁场区和穿出磁场区的两个过程中a、b两点间电势差的大小.
正确答案
(1)E=Blv(2)
(1)感应电流方向 进入时:adcba(或逆时针)穿出时:dabcd(或顺时针)
感应电动势的大小均为 E=Blv
(2)导线框在进入磁区过程中,ab相当于电源,等效电路如下图甲所示.
E=Blv,r=R,R外=
R,I=
=
,
Uab为端电压;所以Uab=IR外=.
导线框在穿出磁区过程中,cd相当于电源,等效电路如下图乙所示.
E=Blv,r=R,R外=
R,I=
=
,
Uab=IRab=×
R=
.
说明:第一、二问各9分
本题考查导线框在磁场中运动的问题,根据右手定则判定感应电动势方向,根据速度计算大小,再由闭合电路欧姆定律计算出电流和电压即可;
(10分)如图所示,两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内,距离为L=0.2米,在导轨的一端接有阻值为R=0.5欧的电阻,在0处有一与水平面垂直的均匀磁场,磁感强度B=0.5T,一质量为m=0.1千克的金属杆垂直放置在导轨上,并以v0=2米/秒的初速度进入磁场,在安培力和一垂直于杆的水平外力F的共同作用下做匀变速直线运动,加速度大小为a=2米/秒2、方向与初速度方向相反,设导轨和金属杆的电阻都可以忽略,且接触良好,求:
(1)电流为零时金属杆所处的位置;
(2)电流为最大值的一半时施加在金属杆上外力F的大小和方向;
(3)保持其它条件不变,而初速度v0取不同值,求开始时F的方向与初速度v0取值的关系。
正确答案
(1)1m(2)牛,方向与
轴相反
向左运动时牛,方向与
轴相反
(3)当米/秒时,
,方向与
轴相反
当米/秒时,
,方向与
轴相同
(1)感应电动势,
得时
所以米
(2)最大电流
安培力为
牛
向右运动时,得
牛,方向与
轴相反
向左运动时,得
牛,方向与
轴相反
(3)开始时,
,
,得
当米/秒时,
,方向与
轴相反
当米/秒时,
,方向与
轴相同
本题考查电磁感应现象,由法拉第电磁感应定律可求得感应电动势,当电流为零时速度为零,当速度最大时电流最大,当速度为最大速度一半时求得速度和安培力大小,由牛顿第二定律分情况讨论,当导体棒向右和向左运动时分别列两个公式求解拉力大小
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