- 电磁感应现象的两类情况
- 共2344题
(1)金属棒ab的最大速度;
(2)金属棒ab运动达到稳定状态后,1s钟内回路产生的焦耳热。
正确答案
(1)(2)
(1)最初ab、cd均刚好保持静止。根据其受力情况可知ab、cd与导轨间最大静摩擦力当用外力F作用ab棒时
(2分)
故ab棒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ab又将受到安培力作用。当ab棒所受外力的合力为零时,金属棒ab达最大速度,设为Vm,则
(2分) 其中
I (2分)
故考虑此时棒cd的受力情况,应有
仍然保持静止。(2分)
所以有 (2分)联立以上方程可得
(2分)
(2)由以上方程中解得(3分)
则回路所产生的焦耳热
(3分)
(9分)两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角.完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,已知两棒质量均为m="0.02" kg,电阻均为R="0.1" Ω,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B="0.2" T,棒ab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cd恰好能够保持静止.取g="10" m/s2,问:
(1)通过棒cd的电流I是多少,方向如何?
(2)棒ab受到的力F多大?
(3)棒cd每产生Q="0.1" J的热量,力F做的功W是多少?
正确答案
(1)1A 方向 d至c (2)0.2N (3)0.4J
试题分析:(1)棒cd受到的安培力为
棒cd在共点力作用下平衡,则 Fcd=mgsin30° (1分)
由①②式代入数值得:I="1" A (1分)
根据楞次定律可知,棒cd中电流方向由d至c. (1分)
(2)棒ab与棒cd受到的安培力大小相等,Fab=Fcd
对棒ab,由共点力平衡条件得: (1分)
代入数据解得:F="0.2" N (1分)
(3)设在时间t内棒cd产生Q="0.1" J热量,由焦耳定律知Q=I2Rt (1分)
设棒ab匀速运动的速度大小为v,其产生的感应电动势
由闭合电路欧姆定律可知 (1分)
根据运动学公式可知,在时间t内,棒ab沿导轨的位移 x=vt 则力F做的功W=Fx (1分)
联立以上各式,代入数值解得:W="0.4" J (1分)
光滑的平行金属导轨长L=2.0m,两导轨间距离d=0.5m,导轨平面与水平面的夹角为,导轨上端接一阻值为R=0.5
的电阻,其余电阻不计,轨道所在空间有垂直轨道平面的匀强磁场,磁感应强度B=1T,如图所示。有一不计电阻、质量为m=0.5kg的金属棒ab,放在导轨最上端且与导轨垂直。当金属棒ab由静止开始自由下滑到底端脱离轨道的过程中,电阻R上产生的热量为Q=1J,g=10m/s2,则:
小题1:指出金属棒ab中感应电流的方向。
小题2:棒在下滑的过程中达到的最大速度是多少?
小题3:当棒的速度为v="2" m/s时,它的加速度是多大
正确答案
小题1:由b指向a;;
小题2:m/s
小题3:m/s2
小题1:由右手定则,棒中感应电流方向由b指向a
小题2:棒做加速度逐渐减小的变加速运动,棒到达底端时速度最大,由能量守恒定律得
解得
m/s
小题3:当棒的速度为v时,感应电动势 E="Bdv "
感应电流 棒所受安培力F="BId"
当棒的速度为v="2" m/s时,F="1" N 由牛顿第二定律得
解得棒的加速度 m/s2
如下图所示,相距L=0.2m足够长的两平行金属导轨ab、cd水平放置,电阻忽略不计。ac接有0.8Ω的电阻R,放在导轨上可无摩擦滑动的金属棒AB的电阻r=0.2Ω、质量m=0.2kg。磁感应强度B=0.5T的匀强磁场垂直于导轨平面。开始时开关K断开,用F=0.2N的水平力作用于原为静止的金属棒AB,当t=10s时把开关K闭合,求:
(1)K闭合瞬间AB的速度v和感
应电动势E;
(2)K闭合瞬间电阻R的电功率P。
正确答案
(1)K断开时,AB在水平力F的作用下做匀加速直线运动,由牛顿第二定律,有
当t=10s时,K闭合瞬间,有
此时感应电动势为:
(2)K闭合瞬间,根据闭合电路欧姆定律,有
此时电阻R的电功率为:
略
如图,两根足够长的金属导轨ab、cd竖直放置,导轨间距离为L1电阻不计。在
导轨上端并接两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求:
(1)磁感应强度的大小:
(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率。
正确答案
略
水平放置的平行金属框架L=0.2m,质量为0.1kg的金属棒ab放在框架上,并且与框架的两个边垂直。整个装置放于方向竖直向下、B=0.5T的匀强磁场中,如图所示。金属棒ab在F=2N的水平向右的恒力作用下由静止开始运动。电路中除R=0.05外,其他电阻、摩擦阻力均不考虑。求:
① ab速度是5m/s时,棒的加速度是多大?
② 当ab棒达到最大速度后,撤去外力F,此后感应电流还能产生多少热量?
正确答案
① ②5J
试题分析: (1)由 得
(2)当ab棒达到最大速度时有
所以:
当ab棒达到最大速度后,撤去外力F,此后物体的动能全用来克服安培力作功,所以感应电流产生的热量为:
如图甲所示是某人设计的一种振动发电装置,它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r=0.1 m、匝数n=20的线圈,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)。在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为0.2 T,线圈的电阻为2 Ω,它的引出线接有8 Ω的小电珠L(可以认为电阻为定值)。外力推动线圈框架的P端,使线圈沿轴线做往复运动,便有电流通过电珠。当线圈向右的位移x随时间t变化的规律如图丙所示时(x取向右为正),求:
(1)线圈运动时产生的感应电流I的大小,并在图丁中画出感应电流随时间变化的图像(在图甲中取电流由C向上流过电珠L到D为正);
(2)每一次推动线圈运动过程中作用力F的大小;
(3)该发电机的输出功率P(摩擦等损耗不计);
正确答案
(1)见下图;(2)0.5 N;(3)0.32 W
试题分析:(1)从图可以看出,线圈往返的每次运动都是匀速直线运动,其速度为
线圈做切割磁感线E=2n(rBv=2(20(3.14(0.1(0.2(0.8 V=2 V 感应电流
电流图像如上图
(2)于线圈每次运动都是匀速直线运动,所以每次运动过程中推力必须等于安培力。
F推=F安=nILB=2nI(rB=2(20(0.2(3.14(0.1(0.2 N=0.5 N。
(3发电机的输出功率即灯的电功率.P=I2R2=0.22(8 W=0.32 W
如图所示,闭合导线框的质量可以忽略不计,将它从图示位置匀速拉出匀强磁场.若第一次用0.2 s时间拉出,外力做的功为W1,通过导线截面的电荷量为q1;第二次用0.6 s时间拉出,外力所做的功为W2,通过导线截面的电荷量为q2,则W1 W2, q1 q2 。(两空均选填“>” “<” “=”)。
正确答案
> =
试题分析:设线框的长为L1,宽为L2,速度为v.线框所受的安培力大小为FA=BIL2,又I= ,E=BL2v,则得FA=
,线框匀速运动,外力与安培力平衡,则外力的大小为F=FA=
,外力做功为W=FL1=
•L1=
L1=
,可见,外力做功与所用时间成反比,则有W1>W2.两种情况下,线框拉出磁场时穿过线框的磁通量的变化量相等,根据感应电荷量公式q=
可知,通过导线截面的电量相等,即有q1=q2.
(10分)两根金属导轨平行放置在倾角为θ=30°的斜面上,导轨左端接有电阻R=10Ω,导轨自身电阻忽略不计。匀强磁场垂直于斜面向上,磁感强度B=0.5T。质量为m=0.1kg,电阻可不计的金属棒ab静止释放,沿导轨下滑(金属棒a b与导轨间的摩擦不计)。如图所示,设导轨足够长,导轨宽度L=2m,金属棒ab下滑过程中始终与导轨接触良好,当金属棒下滑h=3m时,速度恰好达到最大值。求此过程中金属棒达到的最大速度和电阻中产生的热量。
正确答案
v =5m/s,Q=1.75J
当金属棒速度恰好达到最大速度时,受力分析。
则mgsinθ=F安
解得F安=0.5N……………………2分
据法拉第电磁感应定律:E=BLv……………………2分
据闭合电路欧姆定律:I= ……………………1分
∴F安=BIL ……………………1分
由以上各式解得最大速度v ="5m/s " ……………………1分
下滑过程据动能定理得:mgh-W = mv2 ……………………2分
解得W="1.75J" ,∴此过程中电阻中产生的热量Q=W=1.75J……………………1分
(19分)如图所示,正方形导线框abcd的质量为m、边长为l,导线框的总电阻为R。导线框从垂直纸面向里的水平有界匀强磁场的上方某处由静止自由下落,下落过程中,导线框始终在与磁场垂直的竖直平面内,cd边保持水平。磁场的磁感
应强度大小为B,方向垂直纸面向里,磁场上、下两个界面水平距离为l。已知cd边刚进入磁场时线框恰好做匀速运动。重力加速度为g。
(1)求cd边刚进入磁场时导线框的速度大小。
(2)请证明:导线框的cd边在磁场中运动的任意瞬间,导线框克服安培力做功的功率等于导线框消耗的电功率。
(3)求从导线框cd边刚进入磁场到ab边刚离开磁场的过程中,导线框克服安培力所做的功。
正确答案
(1)
(2)证明见解析。
(3)W安=2mgl
(1)设线框cd边刚进入磁场时的速度为v,
则在cd边进入磁场过程时产生的感应电动势为E=Blv,(2分)
根据闭合电路欧姆定律,通过导线框的感应电流为I= (2分)
导线框受到的安培力为F安=BIl= (2分)
因cd刚进入磁场时导线框做匀速运动,所以有F安=mg,(2分)
以上各式联立,得:(1分)
(2)导线框cd边在磁场中运动时,克服安培力做功的功率为:P安=F安v (2分)
代入整理得:P安= (2分)导线框消耗的电功率为:P电=I2R=
(2分)
因此有P安=P电 (1分)
(3)导线框ab边刚进入磁场时,cd边即离开磁场,因此导线框继续做匀速运动。导线框穿过磁场的整个过程中,导线框的动能不变。
设导线框克服安培力做功为W安,根据动能定理有2mgl-W安=0解得W安=2mgl。
(3分)
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