- 感应电流
- 共63题
一个半径r=0.10 m的闭合导体圆环,圆环单位长度的电阻。如图甲所示,圆环所在区域存在着匀强磁场,磁场方向垂直环所在平面向外,磁感应强度大小随时间情况如图乙所示。
(1)分别求在0-0.3 s和0.3-0.5 s时间内圆环中感应电动势的大小;
(2)分别求在0-0.3 s和0.3-0.5 s时间内圆环中感应电流的大小,并在图丙中画出圆环中感应电流随时间变化的i-t图象(以线圈中逆时针电流为正,至少画出两个周期)。
正确答案
解:(1)在0-0.3 s时间内感应电动势=6.28×10-3 V
在0.3-0.5 s时间内感应电动势=9.42×10-3 V
(2)在0-0.3 s时间内=1.0 A
在0.3-0.5 s时间内=1.5 A
I-t图象如图所示:
如图所示,电阻r=0.10Ω的导体杆ab在外力作用下沿光滑的导轨向右做匀速运动,线框中接有电阻R=0.40Ω,线框放在磁感应强度B=0.10T的匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,导轨间距L=0.40m,运动速度v=5.0m/s。线框的电阻不计。
(1)ab杆产生的感应电动势为多少?通过电阻R的电流为多少?
(2)导体ab所受的安培力的大小,并判断其方向。
(3)外力做功的功率是多少?
(4)电阻R消耗的电功率是多少?
正确答案
(1)0.2V,0.4A
(2)0.016N,向左
(3)0.08W
(4)0.064W
如图所示,边长L=0.20m的正方形导线框ABCD由粗细均匀的同种材料制成,正方形导线框每边的电阻R0=1.0Ω,金属棒MN与正方形导线框的对角线长度恰好相等,金属棒MN的电阻r=0.20Ω。导线框放置在匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.50T,方向垂直导线框所在平面向里。金属棒MN与导线框接触良好,且与导线框对角线BD垂直放置在导线框上,金属棒上的中点始终在BD连线上。若金属棒以v=4.0m/s的速度向右匀速运动,当金属棒运动至AC位置时,求:
(1)金属棒产生的电动势大小;
(2)金属棒MN上通过的电流大小和方向;
(3)导线框消耗的电功率。
正确答案
解:(1)金属棒产生的电动势大小为:E=BLv=0.4
V≈0.57V
(2)金属棒运动到AC位置时,导线框左、右两侧电阻并联,其并联电阻大小为R并=1.0Ω
根据闭合电路欧姆定律I=≈0.48A
根据右手定则判定,电流方向从N到M
(3)导线框的功率为:P框=I2R并≈0.23W
如图所示,两根正对的平行金属直轨道MN、M′N′位于同一水平面上,两轨道之间的距离l=0.50m.轨道的MM′端之间接一阻值R=0.40Ω的定值电阻,NN′端与两条位于竖直面内的半圆形光滑金属轨道NP、N′P′平滑连接,两半圆轨道的半径均为R0=0.50m.直轨道的右端处于竖直向下、磁感应强度B=0.64T的匀强磁场中,磁场区域的宽度d=0.80m,且其右边界与NN′重合.现有一质量m=0.20kg、电阻r=0.10Ω的导体杆ab静止在距磁场的左边界s=2.0m处.在与杆垂直的水平恒力F=2.0N的作用下ab杆开始运动,当运动至磁场的左边界时撤去F,结果导体ab恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点PP′.已知导体杆ab在运动过程中与轨道接触良好,且始终与轨道垂直,导体杆ab与直轨道之间的动摩擦因数μ=0.10,轨道的电阻可忽略不计,取g=10m/s2,求:
(1)导体杆刚进入磁场时,通过导体杆上的电流大小和方向;
(2)导体杆穿过磁场的过程中通过电阻R上的电荷量;
(3)导体杆穿过磁场的过程中整个电路产生的焦耳热.
正确答案
解:(1)设导体杆在F的作用下运动到磁场的左边界时的速度为υ1
根据动能定理则有(Fμmg)s=
导体杆刚进入磁场时产生的感应电动势E=Blυ1此时通过导体杆的电流大小I=E/(R+r)=3.8A(或3.84A)
根据右手定则可知,电流方向为b向a
(2)设导体杆在磁场中运动的时间为t,产生的感应电动势的平均值为E平均
则由法拉第电磁感应定律有E平均=ΔΦ/t=Bld/t
通过电阻R的感应电流的平均值为I平均=E平均/(R+r)
通过电阻R的电荷量q=I平均t=0.51C
(3)设导体杆离开磁场时的速度大小为υ2,运动到圆轨道最高点的速度为υ3,因导体杆恰好能以最小速度通过半圆形轨道的最高点,根据牛顿第二定律,对导体杆在轨道最高点时有 mg=mυ23/R0
对于导体杆从NN′运动至PP′的过程,根据机械能守恒定律有+mg2R0解得υ2=5.0m/s
导体杆穿过磁场的过程中损失的机械能ΔE==1.1J
此过程中电路中产生的焦耳热为Q=ΔE-μmgd=0.94J
如图所示,磁场的方向垂直于xOy平面向里。磁感应强度B沿+y方向没有变化,沿+x方向均匀增加,每经过1 cm增加量为1.0×10-4 T,即有一个长L=0. 20 m,宽h=0.10 m的不变形的矩形金属线圈,以v=20 m/s的速度沿+x方向匀速运动。
(1)线圈中感应电动势E是多少?
(2)如果线圈电阻R=0.02 Ω,求线圈中感应电流的大小和方向;
(3)为保持线圈的匀速运动,需要多大外力?
正确答案
解:(1)设线圈向右移动一段距离△s,则通过线圈的磁通量变化为
而所需时间为
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势为
解得E=4×10-3 V
(2)根据欧姆定律可得感应电流I
由楞次定律得,感应电流沿逆时针方向
(3)解法一:线圈消耗的电功率P=IE=8×10-4 W
根据能量守恒得外力的机械功率P机=P=8×10-4 W
又P机=Fv,得外力
解法二:线圈匀速运动,外力与安培力平衡,由平衡条件得
代入数据解得F=4×10-5 N
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