- 电磁感应现象的两类情况
- 共2344题
有界匀强磁场区域如图甲所示,质量为m、电阻为R的长方形矩形线圈abcd边长分别为L和2L,线圈一半在磁场内,一半在磁场外,磁感强度为B0. t0 = 0时刻磁场开始均匀减小,线圈中产生感应电流,在磁场力作用下运动,v-t图象如图乙所示,图中斜向虚线为O点速度图线的切线,数据由图中给出,不考虚重力影响,求:
(1)磁场磁感应强度的变化率;
(2) t2时刻回路电功率.
正确答案
(1) 磁场磁感应强度的变化率。
(2)线圈在t2时刻开始做匀速直线运动,有两种可能:
①线圈没有完全进入磁场,回路电功率P=0.
②磁场没有消失,但线圈完全进入磁场
(1)由v-t图可知,刚开始t=0时刻线圈加速度为,此时感应电动势,则。
线圈此刻所受安培力为F=BIL=得。
(2)线圈在t2时刻开始做匀速直线运动,有两种可能:
①线圈没有完全进入磁场,磁场就消失,所以没有感应电流,回路电功率P=0.
②磁场没有消失,但线圈完全进入磁场,尽管有感应电流,但所受合力为零,同样做匀速直线运动.
如图12-15所示,长为L、电阻、质量m=0.1kg的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上,两导轨间距也是L,棒与导轨间接触良好,导轨电阻不计.导轨左端接有
的电阻,量程为0~3.0A的电流表串接在一条导轨上,量程为0~1.0V的电压表接在电阻R的两端,垂直导轨平面的匀强磁场垂直向下穿过平面.现以向右恒定外力F使金属棒右移.当金属棒以
的速度在导轨平面上匀速滑动时,观察到电路中的一个电表正好满偏,而另一个电表未满偏.问:
(1)此满偏的电表是什么表?说明理由;
(2)拉动金属棒的外力多大?
(3)此时撤去外力F,金属棒将逐渐慢下来,最终停止在导轨上.求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中通过电阻R的电荷量.
正确答案
0.25℃
(1)若电流表满偏,则I=3A,U=IR=1.5V,大于电压表的量程,故是电压表满偏.
(2)由功能关系:,而
,故
(3)由动量定理:,两边求和得到
由电磁感应定律得:
代入解得:
如图所示为实验用磁流体发电机原理图,两极间距d=20cm,磁场磁感应强度B=0.5T.若接入额定功率P=100W的灯泡,恰好正常发光,且灯泡L正常发光时的电阻R=100Ω,不计发电机内阻.求:
(1)打在下极板上的离子的带电性质;
(2)等离子体的流速大小;
(3)若等离子体均为带电量为e(e为原电荷)的离子,每秒钟打在极板上的离子数.
正确答案
(1)由左手定则知,正离子将打在下极板上,下极板带正电;
(2)灯泡的额定电压为U==
V=100V
发电机的电动势E=U=100V
稳定时对离子由受力平衡知q=qvB
所以V==
m/s=100m/s
(3)I==
A=1A
单位时间打在下极板的粒子数目为N==3.13×1011个
答:(1)打在下极板上的离子的带电性质为正;
(2)等离子体的流速大小为100m/s;
(3)若等离子体均为带电量为e(e为原电荷)的离子,每秒钟打在极板上的离子数为3.13×1011.
如图所示,导体框内有一垂直于框架平面的匀强磁场,磁感应强度B为0.12T,框架中的电阻R1=3Ω,R2=2Ω,其余部分电阻均不计,导体棒AB在磁场中的长度为0.5m,当AB以10m/s速度匀速沿着导体框移动时,试求:
(1)通过R2上的电流I2多大?
(2)保持棒AB匀速运动所需外力F多大?
正确答案
(1)0.3A (2)0.03N
试题分析:由法拉第电磁感应定律可知感应电动势E=BLv=0.6V,由欧姆定律I=E/R=,由欧姆定律可知通过R2上的电流为0.3A安培力F=BIL=0.03N,
点评:该题考查了电磁感应与电路、力学的基础知识,基础是识别电路的结构.对于这些基础知识,要加强理解和应用,平时练习不可忽视.
如图甲所示,固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨,间距d=0.5m,导轨右端连接一阻值为R=4Ω的小灯泡L.在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化如图乙所示,CF长为2m.在t=0时刻,电阻为r=1Ω的金属棒ab在水平恒力F=0.2N作用下,由静止开始沿导轨向右运动,t=4s时进入磁场,并恰好能够匀速运动。求:
(1)0-4s内通过小灯泡的电流强度;
(2)金属棒在磁场中匀速运动的速度;
(3)金属棒的质量。
正确答案
(1)0.1A (2)1m/s (3)0.8kg
试题分析:(1)金属棒未进入磁场,电路总电阻
回路中感应电动势为:
灯泡中的电流强度为:
(2)因金属棒在磁场中匀速运动 ,则
又:
解得:v=1m/s
(3)金属棒未进入磁场的加速度为:
金属棒的质量:
点评:在金属棒到达磁场区域以前,磁场变化,闭合回路的电动势为感生电动势,金属棒进入磁场后,磁场不变,金属棒切割磁感线,电动势为动生电动势。
如图所示,光滑绝缘的水平桌面上有一有界匀强磁场,磁感应强度的大小为B,方向竖直向下,虚线MN为磁场的边界。单匝正方形均匀导线框abcd,边长为L,总电阻为R,当导线框在外力的作用下以速度v匀速进入磁场区域的过程中(ab边始终保持与MN平行)。求:
⑴ 线框中产生的感应电动势E
⑵ 线框a、b两点的电势差
⑶ 导线框在进入磁场的过程中外力的大小。
正确答案
(1)E=BLV (2) ⑶
⑴线框中产生的感应电动势为
E="BLV " ┅┅┅┅(2分)
⑵线框的等效电路图如右图
根据闭合电路欧姆定律,电路中的电流
┅┅┅┅(1分)
a、b两点间的电势差为
┅┅┅┅(2分)
即电势差为┅┅┅┅(1分)
⑶导线框匀速运动安培力与外力相等
┅┅┅┅(1分)
联立可得┅┅┅┅(2分)
即外力为┅┅┅┅(1分)
如图所示,两条足够长的平行光滑导轨MN和PQ之间的宽度为L,处于同一竖直平面内,MP间接有阻值为R的电阻。轻质金属杆ab长为2L,紧贴导轨竖直放置并与导轨接触良好,离a端处固定有质量为m的小球(可视为质点),整个装置处于磁感应强度为B并与导轨平面垂直的匀强磁场中,当ab杆由静止开始紧贴导轨绕a端固定轴向右倒下至水平位置时,球的速度为v。若导轨及金属杆电阻不计,忽略各处的摩擦,重力加速度为g,则在金属杆b端即将脱离导轨MN的瞬间,求:
(1) 小球的速度大小;
(2) 电阻R的电功率。
正确答案
(1)(2)
(1)设b端即将脱离MN时的速度为v0
由题中条件知:b端即将脱离导轨MN时,ab杆与PQ的夹角为300 (2分)
根据机械能守恒: (5分)
解得: (2分)
(2)杆与球角速度相同,b端即将脱离导轨MN时杆中点速度
(2分) 感应电动势:
(3分)
功率 (3分) 解得:
(2分)
如图所示,光滑导轨在竖直平面内,匀强磁场的方向垂直于导轨平面,磁感应强度B="0.5" T,电源的电动势为1.5 V,内阻不计。当电键K拨向a时,导体棒(电阻为R)PQ恰能静止。当K拨向b后,导体棒PQ在1 s内扫过的最大面积为多少?(导轨电阻不计)
正确答案
设金属棒PQ长为L,电阻为R,电键接a时,电路中电流
I= 2分
导体棒PQ静止mg=BIL=
2分
电键K接b,导体棒PQ从静止下落,切割磁场线产生感应电流,同时PQ受安培力作用,导体棒向下做加速运动,速度增大,而加速度减小,最后以vm做匀速运动。
此时mg=Fm=有:
得vm=
3分
PQ在1 s内扫过的最大面积:Sm=vm·L·t=="3" m2 3分
略
如图所示,足够长的水平导体框架的宽度L="0.5" m,电阻忽略不计,定值电阻R=2Ω。磁感应强度B="0.8" T的匀强磁场方向垂直于导体框平面,一根质量为m="0.2" kg、有效电阻r=2Ω的导体棒MN垂直跨放在框架上,该导体棒与框架间的动摩擦因数μ=0.5,导体棒在水平恒力F=1.2N的作用下由静止开始沿框架运动到刚开始匀速运动时,通过导体棒截面的电量共为q="2" C,求:
(1)导体棒做匀速运动时的速度;
(2)导体棒从开始运动到刚开始匀速运动这一过程中,导体棒产生的电热。(g取10 m/s2)
正确答案
(1)5 m/s
(2)0.75J
(1)当物体开始做匀速运动时,有:,
又:
解得:m/s。
(2)设在此过程中MN运动的位移为x,则
,解得:
m。
设克服安培力做的功为W,则:
,解得:W=1.5J。
所以电路产生的总电热为1.5J,导体棒产生的电热为0.75J。
如图,MN、PQ是两条水平放置的平行光滑导轨,其阻值可以忽略不计,轨道间距L=0.6m。匀强磁场垂直导轨平面向下,磁感应强度B=1×10T,金属杆ab垂直于导轨放置与导轨接触良好,ab杆在导轨间部分的电阻r=1Ω,在导轨的左侧连接有电阻R1、R2,阻值分别为R1=3Ω,R2=6Ω,ab杆在外力作用下以u=5m/s的速度向右匀速运动。求:
(1)ab杆哪端的电势高?ab两端电压多大?
(2)求通过ab杆的电流I.
(3)求电阻R1上每分钟产生的热量Q.
正确答案
(1)a端高 0.02V(2)0.01A(3)8×10-3J
先根据右手定则判断电流方向,再根据法拉第电磁感应定律求出电动势,再利用欧姆定律求解电流,根据焦耳定律求出热量。
(1)根据右手定则,电流方向b→a,故a端高,根据法拉第电磁感应定律:,ab两端电压
(2)根据闭合电路欧姆定律有:
(3)流过R1的电流
电阻R1上每分钟产生的热量Q=I2R1t=8×10-3J。
扫码查看完整答案与解析