- 电磁感应现象的两类情况
- 共2344题
如图所示,两根相距为=1m的足够长的平行光滑金属导轨,位于水平的xOy平面内,一端接有阻值为的电阻.在
的一侧存在垂直纸面向里的磁场,磁感应强度B只随x的增大而增大,且它们间的关系为B=x,其中
。一质量为m=0.5kg的金属杆与金属导轨垂直,可在导轨上滑动.当t=0时金属杆位于x=0处,速度为
=
,方向沿x轴的正方向。在运动过程中
,有一大小可调节的外力F作用于金属杆,使金属杆以恒定加速度a=沿x轴正方向匀加速直线运动。除电阻R以外其余电阻都可以忽略不计.求:当t=4s时施加于金属杆上的外力为多大。
正确答案
5N
解:根据匀变速直线运动的速度公式可得t=4s时的速度为
(2分)
根据匀变速直线运动的位移公式可得t=4s时的位移为
(2分)
由B=x可得t=4s时磁感应强度B=2T (2分)
t=4s时的感应电动势 (2分)
t=4s时的回路感应电流 (2分)
t=4s时金属杆所受的安培力为 (2分)
由牛顿第二定律 (2分)
得 (2分)
位于竖直平面内的矩形平面导线框abdc,ab长L1=1.0 m,bd长L2=0.5 m,线框的质量m=0.2 kg,电阻R=2 Ω.其下方有一匀强磁场区域,该区域的上、下边界PP′和QQ′均与ab平行.两边界间距离为H,H>L2,磁场的磁感应强度B=1.0 T,方向与线框平面垂直。如图27所示,令线框的dc边从离磁场区域上边界PP′的距离为h=0.7 m处自由下落.已知线框的dc边进入磁场以后,ab边到达边界PP′之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值.问从线框开始下落,到dc边刚刚到达磁场区域下边界QQ′的过程中,磁场作用于线框的安培力所做的总功为多少?(g取10 m/s2)
正确答案
-0.8 J
本题中重力势能转化为电能和动能,而安培力做的总功使重力势能一部分转化为电能,电能的多少等于安培力做的功.
依题意,线框的ab边到达磁场边界PP′之前的某一时刻线框的速度达到这一阶段速度最大值,以v0表示这一最大速度,则有
E=BL1v0
线框中电流 I==
作用于线框上的安培力 F=BL1I=
速度达到最大值条件是 F=mg
所以v0==4 m/s.
dc边继续向下运动过程中,直至线框的ab边达到磁场的上边界PP′,线框保持速度v0不变,故从线框自由下落至ab边进入磁场过程中,由动能定理得:
mg(h+L2)+W安=mv
W安=mv
-mg(h+L2)=-0.8 J
ab边进入磁场后,直到dc边到达磁场区下边界QQ′过程中,作用于整个线框的安培力为零,安培力做功也为零,线框只在重力作用下做加速运动,故线框从开始下落到dc边刚到达磁场区域下边界QQ′过程中,安培力做的总功即为线框自由下落至ab边进入磁场过程中安培力所做的功
W安=-0.8 J
负号表示安培力做负功.
如图10所示,水平面上的两根光滑金属杆ab、cd构成平行导轨,导轨的宽度L=0.4m,处于竖直向下的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.1T.电阻R=0.4Ω.导体棒e f沿导轨向右做匀速运动,速度v=5m/s.导轨和导体棒的电阻均忽略不计.求:
(1)导体棒 e f切割磁感线产生的感应电动势的大小;
(2)通过电阻R的电流的大小和方向.
(3)导体棒 e f所受安培力的大小
正确答案
(1)0.2V(2)0.5A(3)0.02N
E=BLV=0.10.4
5=0.2V
I==
=0.5A
F=BIL=0.10.5
0.4=0.02N
如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨 MN、PQ 间距为 ,其电阻不计,量导轨及其构成的平面均与水平面成
角。完全相同的两金属棒
分别垂直轨道放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,已知两棒质量均为
,电阻均为
,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度
,棒
在平行于导轨向上的力F 作用下,沿导轨向上匀速运动,而棒
恰好能够保持静止。取
,问
(1)通过棒的电流I 是多少,方向如何?
(2)棒受到的力F 多大?
(3)棒每产生
的热量,力F 做的功 W 是多少?
正确答案
略
如图所示,固定于水平桌面上足够长的两平行导轨PQ、MN,PQ、MN的电阻不计,间距为P、M两端接有一只理想电压表,整个装置处于竖直向下的磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中.电阻均为
,质量分别为
和
的两金属棒L1、L2平行的搁在光滑导轨上,现固定棒L1,L2在水平恒力F=0.8N的作用下,由静止开始做加速运动,试求:
(1)当电压表的读数为U=0.2V时,棒L2的加速度多大?
(2)棒L2能达到的最大速度。
正确答案
(1)(2)
(1)串联,所以渡过
的电流
所受安培力
。故棒
的加速度
。
(2)当所受安培力
时,棒有最大速度
,此时电路中电流为
由以上几式得:
如图所示,是一个电容器与一段金属丝构成的电路,一磁场垂直穿过该电路平面,磁感应强度的大小随时间以变化率k增加.已知电容器的电容量为C,电路平面所围面积为S,则:
(1)电容器的上极板M所带电荷的电性?
(2)电容器两极板间的电势差?
(3)电容器两极板所带的电荷量?
正确答案
(1)上极板M带正电;
(2)由法拉弟电磁感应定律,电容器两极板间的电势差
(3)电容器所带的电量:Q="C" U="C" k S
(1)上极板M带正电
(2)由法拉弟电磁感应定律,电容器两极板间的电势差
(3)电容器所带的电量:Q="C" U="C" k S
将导体放在沿x方向的匀强磁场中,并通有沿y方向的电流时,在导体的上下两侧面间会出现电势差,此现象称为霍尔效应.利用霍尔效应的原理可以制造磁强计,测量磁场的磁感应强度.磁强计的原理如图所示,电路中有一段金属导体,它的横截面为边长等于a的正方形,放在沿x正方向的匀强磁场中,导体中通有沿y方向、电流强度为I的电流,已知金属导体单位体积中的自由电子数为n,电子电量为e,金属导体导电过程中,自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动,测出导体上下两侧面间的电势差为U.则(1)导体上侧面的电势______下侧面A的电势(填“高于”、“低于”或“等于”).(2)磁场的磁感应强度为______.
正确答案
根据左手定则知,电子向下侧偏转,则导体下表面电势较低,上侧电势高.
自由电子做定向移动,视为匀速运动,速度设为v,则单位时间内前进的距离为v,对应体积为va2,此体积内含有的电子个数为:nva2,电量为:neva2
有I==
=nea2v
电子受电场力和洛伦兹力平衡,有e=Bev
解得:B=
故答案为:高于,.
在一个很小的巨型半导体薄片上,制作四个电极E、F、M、N,它就成了一个霍尔元件(如图),在E、F通入恒定的电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,元件在沿磁场方向的厚度为d,在M、N间出现了电压UH,称为霍尔电压.
(1)电流和磁场方向如图所示,载流子是电子,______端电势较高;(填M或N)
(2)当电流恒定和所用材料一定时,霍尔电压UH与______成正比,与______成反比.
正确答案
(1)根据左手定则知,电子向N端偏转,所以M端带正电,N端带负电,M端的电势较高.
(2)设薄片的长度为a,宽度为b,根据电子受力平衡得,e=evB,解得UH=Bvb,
因为I=nevS=nevbd,解得v=,
代入解得UH=,n表示单位体积内的电子数,可知霍尔电压与B成正比,与d成反比.
故答案为:(1)M(2)B,d
如图所示,由导线制成的正方形线框边长L,每条边的电阻均为R,其中ab边材料较粗且电阻率较大,其质量为m,其余各边的质量均可忽略不计。线框可绕与cd边重合的水平轴OO′自由转动,不计空气阻力及摩擦。若线框始终处在方向竖直向下、磁感强度为B的匀强磁场中,线框从水平位置由静止释放,历时t到达竖直位置,此时ab边的速度为v,重力加速度为g。求:
(1)线框在竖直位置时,ab边两端的电压及其所受安培力的大小。
(2)这一过程中感应电动势的有效值。
(3)在这一过程中,通过线框导线横截面的电荷量。
正确答案
(1)B2L2v/4R;(2)2;(3)B L2/4R 。
(1)ab边切割磁感线产生感应电动势为E=BLv
线框中的电流为I=E/4R
ab两端的电压为Uab=I·3R=BLv
ab边所受安培力为F安=BIL=B2L2v/4R
(2)线框下落过程中机械能的减少等于线框中产生的焦耳热,所以有:
mgL-mv2="Q"
又因Q=(E有/4R)2(4R)t,
解得:E有=2
(3)对于线框的下摆过程,垂直磁场线框的面积变化为ΔS=L2
线框中的平均感应电动势为="ΔΦ/t"
线框中的平均电流 =
通过导线横截面的电荷量 q=IΔt="B" L2/4R 。
(12分)如图20所示,足够长的粗糙斜面与水平面成放置,在斜面上虚线
和
与斜面底边平行,且间距为
,在
围成的区域有垂直斜面向上的有界匀强磁场,磁感应强度为
;现有一质量为
,总电阻为
,边长也为
的正方形金属线圈MNPQ,其初始位置PQ边与
重合,现让金属线圈以一定初速度沿斜面向上运动,当金属线圈从最高点返回到磁场区域时,线圈刚好做匀速直线运动。已知线圈与斜面间的动摩擦因数为
,不计其他阻力,求:(取
,
)
(1)线圈向下返回到磁场区域时的速度;
(2)线圈向上离开磁场区域时的动能;
(3)线圈向下通过磁场过程中,线圈电阻上产生的焦耳热。
正确答案
(1)2m/s(2)(3)
(1)(5分)向下进入磁场时,有
其中,
,
解得: (4分)
(2)线圈离开磁场到最高点有:
线圈从最高点到进入磁场有:
其中,解得:
(3)(3分)向下匀速通过磁场过程
,解得:
线框匀速向上运动时,重力沿斜面向下的分力等于摩擦力与安培力的合力,列式可求解,由动能定理可求
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