- 电磁感应现象的两类情况
- 共2344题
如图所示,在水平面上有两条光滑的长直平行金属导轨MN、PQ,导轨间距离为L,导轨的电阻忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面。质量分别为的两根金属杆a、b跨搁在导轨上,接入电路的电阻均为R。轻质弹簧的左端与b杆连接,右端被固定。开始时a杆以初速度
向静止的b杆运动,当a杆向右的速度为v时,b杆向右的速度达到最大值
,此过程中a杆产生的焦耳热为Q,两杆始终垂直于导轨并与导轨良好接触。求当b杆达到最大速度
时
(1)b杆受到弹簧的弹力。
(2)弹簧具有的弹性势能。
正确答案
(1)
(2)。
(1)设某时刻a、b杆速度分别为v和,经过很短的时间
,a杆移动距离为
,b杆移动距离为
,回路面积改变量
由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势
[或直接写为]
回路中的电流
b杆受到的安培力
当b杆的速度达到最大值时,b杆的加速度为0,设此时b杆受到的弹簧弹力为
,由牛顿第二定律得
联立以上各式解得
(2)以a、b杆和弹簧为研究对象,设弹簧弹性势能为,由能量转化与守恒定律
故。
(1)除R以外,其余部分的电阻均不计,求R的阻值;
(2)当棒的位移为100 m时,其速度已经达到10 m/s,求此过程中电阻上产生的热量。
正确答案
(1)
(2)Q=20J。
(1)由图象可知,导体棒刚运动时加速度,
设它受到的摩擦力为f,由牛顿运动定律得
解得f="0.2" N
导体棒匀速运动时,由力的平衡得
且
解得
(2)根据能量守恒得
解得Q=20J。
绕垂直于磁感线的转轴匀速转动,线圈的电阻为R.求:
(1)线圈从中性面开始转过90°角的过程中产生的热量。
(2)线圈从中性面开始转过90°角的过程中,通过导线截面的电量
正确答案
(1) (2)
(1)线圈中产生的热量应用转动过程中产生的交变电流的有效值来计算.因线圈中感应电动势的峰值为,故线圈中电流的有效值为
,
线圈转过90°角经历的时间为.
所以此过程中产生的热量.
(3)线圈转过90°角的过程中,感应电动势和感应电流的平均值分别为
所以通过导体截面的电量为
如图所示,在磁感应强度大小为B、方向垂直向上的匀强磁场中,有一上、下两层均与水平面平行的“U”型光滑金属导轨,在导轨面上各放一根完全相同的质量为的匀质金属杆和,开始时两根金属杆位于同一竖起面内且杆与轨道垂直。设两导轨面相距为H,导轨宽为L,导轨足够长且电阻不计,金属杆单位长度的电阻为r。现有一质量为的不带电小球以水平向右的速度撞击杆的中点,撞击后小球反弹落到下层面上的C点。C点与杆初始位置相距为S。求:
(1)回路内感应电流的最大值;
(2)整个运动过程中感应电流最多产生了多少热量;
(3)当杆与杆的速度比为时,受到的安培力大小。
正确答案
1)
(2)
(3)
1)对小球和杆A1组成的系统,由动量守恒定律,得:
①
又 s=vt
H= ②
由①②③式联立:
④
回路内感应电动势的最大值 E=BLv1 ⑤
回路内感应电流的最大值 I= ⑥
联立④⑤⑥式得:
回路内感应电流的最大值:I=
(2)对两棒组成的系统,由动量守恒定律,得:
由能量守恒定律可得整个运动过程中感应电流最多产生热量:
Q==
(3)由能量守恒定律,得:
又 ∶=1∶3
A2受到的安培力大小
如图所示,在置于匀强磁场的平行导轨上,横跨在两导轨间的导体杆PQ以速度υ向右匀速运动.已知磁场的磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面(即纸面)向外,导轨间距为L,导体杆PQ的电阻为r.导轨左端连接一电阻R,导轨的电阻忽略不计,则通过电阻R的电流方向为______________,导体杆PQ两端的电压U=_____________.
正确答案
c至a,BLVR/(R+r)
试题分析:根据右手定则可得,PQ中电流方向为从P到Q,所以通过电阻R的电流为从c到a,PQ相当于一个电源,根据闭合回路欧姆定律可得:
点评:在研究导体切割磁感线运动时,导体相当于一个电源,根据右手定则可得判断电流方向
一个50匝的螺线管在t1=1s时的磁通量为0.3Wb,到t2=3s时的磁通量均匀变为0.6Wb。求,此螺线管内磁通量的变化率和感应电动势?
正确答案
0.15;7.5v
磁通量的变化率;感应电动势
本题考查的是法拉第感应电动势的应用,
如图所示,Ⅰ、Ⅲ为两匀强磁场区域,Ⅰ区域的磁场方向垂直纸面向里,Ⅲ区域的磁场方向垂直纸面向外,磁感强度为B,两区域中间为宽为s的无磁场区域Ⅱ,有一边长为L(L>s)、电阻为R的正方形金属框abcd置于Ⅰ区域,ab边与磁场边界平行,现拉着金属框以速度v向右匀速移动。
(1)分别求出ab边刚进入中央无磁场区域Ⅱ和刚进入磁场区域Ⅲ时,通过ab边的电流大小和方向。
(2)把金属框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中拉力所做的功。
正确答案
⑴adcba方向的感应电流,
adcba方向的感应电流,
⑵
(1)金属框以速度v向右做匀速直线运动时,当ab边刚进入中央无磁场区域时,由于穿过金属框的磁通量减小(相当于只有导体cd部分切割磁感线),因而在金属框中产生感应电动势,形成adcba方向的感应电流,其大小为。
当ab边刚进入磁场区域Ⅲ时,由于ab,dc两边都切割磁感线而产生感应电动势,其大小为,方向相反,故两电动势所对应的等效电源在回路中组成串联形式,因此,在线框中形成了adcba方向的感应电流,其大小为:
。
(2)金属线框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中,拉力所做的功可等效为三个部分组成:线框跨Ⅰ、Ⅱ区域时的功W1 和线框跨Ⅱ、Ⅲ区域时的功W2 ,且W1=W2;线框同时跨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域时的功W3 ,且此过程中金属框在外力作用下匀速移动的距离为(L-s)。因金属框匀速运动,外力等于安培力,所以
正方形闭合金属线框,边长为a,质量为m,电阻为R,在竖直平面内以水平初速度在垂直于框面的水平磁场中,运动一段时间后速度恒定为v,运动过程中总有两条边处在竖直方向,即线框不转动,如图所示。已知磁场的磁感应强度在竖直方 向按
规律逐渐增大,k为常数。试求水平初速度
的大小。
正确答案
线框在运动过程中,两竖直边产生的感应电动势互相抵,两水平边竖直分速度产生感应电动势。设线框的竖直分速度为,感应电动势为
感应电流为
两条竖直边所受安培力互相抵消,当速度达到恒定时,有,得
根据速度合成的平行四边形定则有。
如图a所示,光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上,两导轨距L=" 0.2m" ,电阻R=0.4Ω,导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆,导轨电阻可忽略不计,整个装置处于磁感强度B= 0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下.现用一外力F沿水平方向拉杆,使之由静止开始运动,若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图b所示
(1)试分析说明金属杆的运动情况;
(2)求第2s末外力F的瞬时功率。
正确答案
(1)金属杆应水平向右做匀加速直线运动
(2)外力F的功率。
(1)金属杆速度为v时,电压表的示数为
则 ,由图象可知
V/s,
故金属杆的加速度应恒定,即金属杆应水平向右做匀加速直线运动
(2)由(1)可得
由第2秒末杆的速度,此时杆受到的安培力
由牛顿第二定律得 则
故外力F的功率。
如图所示,MN、PQ为同一水平面内的两光滑导轨,相距1.2m,导轨两端分别接有电阻R1=3Ω,R2=6Ω。另有导体棒CD,长也为L=1.2m,电阻为1Ω,垂直导轨放置导轨上。整个装置处于垂直轨道平面的匀强磁场中,磁场的磁感应强度为B=0.5T。现用一水平向右的拉力F拉导体棒,使棒以v=5m/s的速度向右匀速运动。不计导轨电阻。求:
(1)棒CD两端的电压UCD。
(2)拉力F的大小。
正确答案
(1)2v (2) F=F安=0.6N
(1)CD切割磁感线时,产生的感应电动势大小为
E="BLv=3v " (2分)
R1、R2并联电阻为:R= R1R2/( R1+R2)=2Ω (1分)
CD两端的电压,即R1、R2两端的电压,其大小为
U=RE/(R+ r)="2v " (2分)
(2)CD中的电流强度为
I=E/(R+r)="1A " (1分)
CD受的安培力为
F安 ="BIL" =0.6N (2分)
CD匀速运动,由平衡条件,拉力大小为
F=F安="0.6N " (2分)
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