第十一章电磁感应习题.
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第11章电磁感应期末试题及参考答案一、填空题1、在竖直放置的一根无限长载流直导线右侧有一与其共面的任意形状的平面线圈。
直导线中的电流由下向上,当线圈平行于导线向右运动时,线圈中的感应电动势方向为___________(填顺时针或逆时针),其大小 (填>0,<0或=0 (设顺时针方向的感应电动势为正)2、如图所示,在一长直导线L 中通有电流I ,ABCD 为一矩形线圈,它与L 皆在纸面内,且AB 边与L 平行,矩形线圈绕AD 边旋转,当BC 边已离开纸面正向里运动时,线圈中感应动势的方向为___________。
(填顺时针或逆时针)3、金属杆AB 以匀速v 平行于长直载流导线运动, 导线与AB 共面且相互垂直,如图所示。
已知导线载有电流I ,则此金属杆中的电动势为 电势较高端为____。
4、金属圆板在均匀磁场中以角速度ω 绕中心轴旋转 均匀磁场的方向平行于转轴,如图所示,则盘中心的电势 (填最高或最低)5、一导线被弯成如图所示形状,bcde 为一不封口的正方形,边长为l ,ab 为l 的一半。
若此导线放在匀强磁场B 中,B 的方向垂直图面向内。
导线以角速度ω在图面内绕a 点匀速转动,则此导线中的电势为 ;最高的点是__________。
6、如图所示,在与纸面相平行的平面内有一载有向上方向电流的无限长直导线和一接有电压表的矩形线框。
当线框中有逆时针方向的感应电流时,直导线中的电流变化为________。
(填写“逐渐增大”或“逐渐减小”或“不变”)IVO O ′ B BAC 7、圆铜盘水平放置在均匀磁场中,B 的方向垂直盘面向上。
当磁场随时间均匀增加时,从下往上看感应电动势的方向为_______(填顺或逆时针)二、单选题1、如图所示,导体棒AB 在均匀磁场B 中 绕通过C 点的垂直于棒长且沿磁场方向的轴OO ' 转动(角速度ω与B 同方向),BC 的长度为棒长的1/3,则( ) (A) A 点比B 点电势高 (B) A 点与B 点电势相等(C) A 点比B 点电势低 (D) 有稳恒电流从A 点流向B 点2、圆铜盘水平放置在均匀磁场中,B的方向垂直盘面向上。
[习题解答]11-7 在磁感应强度大小为B = 0.50 T 的匀强磁场中,有一长度为l = 1.5 m 的导体棒垂直于磁场方向放置,如图11-11所示。
如果让此导体棒以既垂直于自身的长度又垂直于磁场的速度v 向右运动,则在导体棒中将产生动生电动势。
若棒的运动速率v = 4.0 m ⋅s -1 ,试求:(1)导体棒内的非静电性电场K ;(2)导体棒内的静电场E ;(3)导体棒内的动生电动势ε的大小和方向;(4)导体棒两端的电势差。
解(1)根据动生电动势的表达式,由于()的方向沿棒向上,所以上式的积分可取沿棒向上的方向,也就是d l 的方向取沿棒向上的方向。
于是可得.另外,动生电动势可以用非静电性电场表示为.以上两式联立可解得导体棒内的非静电性电场,为,方向沿棒由下向上。
图11-11(2)在不形成电流的情况下,导体棒内的静电场与非静电性电场相平衡,即,所以,E 的方向沿棒由上向下,大小为.(3)上面已经得到,方向沿棒由下向上。
(4)上述导体棒就相当一个外电路不通的电源,所以导体棒两端的电势差就等于棒的动生电动势,即,棒的上端为正,下端为负。
11-8 如图11-12所表示,处于匀强磁场中的导体回路ABCD ,其边AB 可以滑动。
若磁感应强度的大小为B = 0.5 T ,电阻为R = 0.2 Ω,AB 边长为 l = 0.5 m ,AB 边向右平移的速率为v = 4 m ⋅s -1 ,求:(1)作用于AB 边上的外力;(2)外力所消耗的功率;(3)感应电流消耗在电阻R 上的功率。
解(1)当将AB 向右拉动时,AB 中会有电流通过,流向为从B 到A 。
AB 中一旦出现电流,就将受到安培力F 的作用,安培力的方向为由右向左。
所以,要使AB 向右移动,必须对AB施加由左向右图11-12的力的作用,这就是外力F外。
在被拉动时,AB中产生的动生电动势为,电流为.AB所受安培力的大小为,安培力的方向为由右向左。
外力的大小为,外力的方向为由左向右。
人教版物理选修3-2第十一章综合测试:电磁感应一、选择题。
1. 腰长为2L的等腰直角三角形ACD是垂直于纸面向里的匀强磁场的边界.导线框abc是一个腰长为L的等腰直角三角形,已知两直角边ac、cb的电阻之和与底边ab的电阻相等,虚线是过c、D的等腰三角形的对称线.从t=0开始,使导线从图示位置开始以恒定水平速度沿虚线方向移动进入磁场.直至整个导线框离开磁场区域.用I表示导线框中的感应电流(以逆时针方向为正方向),U ab表示a、b两点间的电势差.则下列图像中正确的是()A. B.C. D.m的2. 如图所示,一质量m=1kg、电阻r=5Ω的导体棒置于倾角θ=30∘,宽L=√32足够长的光滑金属导轨ad、a′d′上,导轨上端a、a′间连有电阻R=10Ω的定值电阻,cc′、dd′区间内有垂直于斜面向上的磁场,磁感应强度B=5T、bb′、cc′间距l=2m,g取10m/s2,导体棒初始时位于bb′位置,由静止开始下滑,则导体棒从bb′运动至dd′过程中v−t图像应为()A. B. C. D.3. 磁铁在线圈中心上方开始运动时,线圈中产生如图方向的感应电流,则磁铁()A.向上运动B.向下运动C.向左运动D.向右运动4. 如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是()A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向5. 扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺寸上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示,无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是()A. B. C. D.6. 如图,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心.轨道的电阻忽略不计.OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好.空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B,现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ);再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(过程Ⅱ).在过程Ⅰ、Ⅱ中,流过OM的电荷量相等,则B ′B等于()A.5 4B.32C.74D.27. 图1和图2是教材中演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈.实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同.下列说法正确的是()A.图1中,A1与L1的电阻值相同B.图1中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流C.图2中,变阻器R与L2的电阻值相同D.图2中,闭合S2瞬间,L2中电流与变阻器R中电流相等8. 如图,在同一水平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下.一边长为32l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是()A. B.C. D.二、多选题。
沪科版高二(下)第十一章AB.电磁感应课后测试卷学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________一、多选题1.如图所示,当条形磁铁作下列运动时,线圈中的感应电流方向应是:(从左向右看)A.磁铁靠近线圈时,电流方向是逆时针的;B.磁铁靠近线圈时,电流方向是顺时针的;C.磁铁向上平动时,电流方向是逆时针的;D.磁铁向上平动时,电流方向是顺时针的.2.如图所示,在一个有界匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里,一个正方形闭合导线框abcd从匀强磁场外自右向左匀速经过磁场,则从ad边进入磁场起至bc边出磁场止,线圈中感应电流的情况是()A.导线框进入磁场时,感应电流方向为a→b→c→d→aB.导线框离开磁场时,感应电流方向为a→b→c→d→aC.导线框离开磁场时,受到的安培力方向水平向右D.导线框进入磁场时,受到的安培力方向水平向左二、单选题3.一个环形线圈放在磁场中,如图a所示,以磁感线垂直于线圈平面向外的方向为正方向,若磁感强度B随时间t的变化的关系如图b.那么在第2秒内线圈中的感应电流的大小和方向是()A.大小恒定,顺时针方向B.逐渐减小,顺时针方向C.大小恒定,逆时针方向D.逐渐增加,逆时针方向4.如图所示,线圈两端与电阻相连构成闭合电路,在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁的S极朝下,在将磁铁的S极插入线圈的过程中( )A.通过电阻的感应电流的方向由b到a,线圈与磁铁相互排斥B.通过电阻的感应电流的方向由a到b,线圈与磁铁相互吸引C.通过电阻的感应电流的方向由a到b,线圈与磁铁相互排斥D.通过电阻的感应电流的方向由b到a,线圈与磁铁相互吸引5.水平放置的金属框架cdef处于如图所示的匀强磁场中,金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良)好,从某时刻开始,磁感应强度均匀增大,金属棒ab始终保持静止,则()A.ab中电流增大,ab棒所受摩擦力增大B.ab中电流不变,ab棒所受摩擦力增大C.ab中电流不变,ab棒所受摩擦力不变D.ab中电流增大,ab棒所受摩擦力不变6.如图所示是著名物理学家费曼设计的一个实验,在一块绝缘板中部安装一个线圈,并接有电源,板的四周有许多带负电的小球.整个装置悬挂起来,当接通电键瞬间,整个圆盘将(自上而下看) ( )A.顺时针转动一下B.逆时针转动一下C.顺时针不断转动D.逆时针不断转动7.电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示.现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是A.从a到b,上极板带正电B.从a到b,下极板带正电C.从b到a,上极板带正电D.从b到a,下极板带正电8.如图所示,一宽40cm的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里,一边长为20cm的正方形线框位于纸面内,以垂直于磁场边界的恒定速度v=20cm/s通过磁场区域。
高中物理学习资料金戈铁骑整理制作电磁感觉单元测试一、选择题(共 10 题, 每题 4分, 共 40分)1.关于感觉电流,以下说法中正确的选项是:()A.只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感觉电流产生B.穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就必然有感觉电流产生C.线圈不闭合时,即使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中也没有感觉电流D.只要电路的一部分作切割磁感线的运动,电路中就必然有感觉电流2.以下列图,一条形磁铁从静止开始,穿过采用双线绕成的闭合线圈,条形磁铁在穿过线圈过程中做()A.减速运动B.匀速运动C.自由落体运动D.非匀变速运动3.以下列图的电路中,S 闭合时流过电感线圈的电流为开,则 S 断开前后,能正确反响流过灯泡的电流I 随时间2 A,流过灯泡的电流是 1 A,将t 变化关系的图象是图中的(S 突然断)4.日光灯电路主要由镇流器、启动器和灯管组成。
在日光灯正常工作的情况下: ()A.灯管点燃发光后,起动器中两个触片是分其他D.镇流器给日光灯开始点燃时供应瞬时高压5.用同样的资料、不同样粗细导线绕成两个质量、面积均同样的正方形线圈Ⅰ和Ⅱ,使它们从离有理想界面的匀强磁场高度为h 的地方同时自由下落,以下列图.线圈平面与磁感线垂直,空气阻力不计,则()A.两线圈同时落地,线圈发热量同样B.细线圈先落到地,细线圈发热量大C.粗线圈先落到地,粗线圈发热量大D.两线圈同时落地,细线圈发热量大6.以下列图电路, L 是自感系数较大的线圈,在滑动变阻器的滑动片P 从A 端迅速滑向B 端的过程中,经过AB 中点C 时经过线圈的电流为I1;P 从B 端迅速滑向 A 端的过程中,经过C 点时经过线圈的电流为I2;P 固定在 C点不动,达到稳准时经过线圈的电流为I 0,则()A.I1=I2=I0B.I1>I0>I2C. I1=I2> I0D.I1<I 0<I27.以下列图,平行金属板导轨与水平面成θ角,导轨与固定电阻R1和 R1相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面。
答案第11章电磁感应训练题.第11章电磁感应训练题及其参考答案一、选择题1. 一无限长直导体薄板宽为l,板面与Z轴垂直,板的长度方向沿Y轴,板的两侧与一个伏特计相接,如图所示。
整个系统放在磁感应强度为B的均匀磁场中,B的方向沿Z 轴正方向,如果伏特计与导体平板均以速度v(v<<c)向y轴正方向移动,则伏特计指示的电压值为:< p="">[ C ] (A) 0 (C) vbl(ab、cd导体切割磁力线产生的电动势完全相同,故伏特计示数为答案C )2. 在无限长的载流直导线附近放置一矩形闭合线圈,开始时线圈与导线在同一平面内,且线圈中两条边与导线平行。
当线圈以相同的速度在如图所示位置朝三种不同方向平动时,线圈中的感应电流 [ B ] (A) 以情况I中为最大(B) 以情况II中为最大 (C) 以情况III中为最大 (D) 在情况I和II中相同(比较图示位置的瞬时电流,只要比较电动势即可:11 εI=0,εII=v-),εIII=0( v//B),故选B xx+cd3. 一矩形线框长为a宽为b,置于均匀磁场中,线框绕OO′ 轴以匀角速度ω旋转(如图所示)。
设t=0时,线框平面处于纸面内,则任一时刻t感应电动势的大小为:[ D ] (A) 2cosωt (B) ωabB (C)(E) 1(B) vbl 2(D) 2vbl 1ωabBcosωt (D) ωcosωt 2ωsinωt4. 在一通有电流I的无限长直导线所在平面内,有一半径为r、电阻为R的导线环,环中心距直导线为a,如图所示,且a>>r。
当直导线的电流被切断后,沿着导线环流过的电量约为μIr211μIra+r0[C ] (A) (-) (B) 0ln2πRaa+r2πRa22(C) μ0Ir (D) μ0Ia 2aR2rR二、填空题1. 将条形磁铁插入与冲击电流计串联的金属环中,有q =2.0×10-5C的电荷通过电流计,若连接电流计的电路总电阻R = 25Ω,则穿过环的磁通的变化?Φ=_____。
2022年新高考一轮复习全面巩固练习第十一章电磁感应专题强化二十四电磁感应中的动力学和能量问题学校_________ 班级__________ 姓名__________ 学号__________一、多选题1. 如图所示,有一边长为l的正方形导线框,质量为m,由高h处自由落下,其下边ab进入匀强磁场区域后,线框开始做减速运动,直到其上边cd刚穿出磁场时,速度减小为ab边刚进入磁场时速度的一半,此匀强磁场的宽度也是l,则下列结论正确的是()A.线框穿过磁场区域时做匀减速直线运动B.线框穿过磁场区域时加速度方向先向上后向下C.线框进入磁场时的加速度大于穿出磁场时的加速度D.线框穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热为2. 如图所示,U形光滑金属导轨与水平面成37°角倾斜放置,现将一金属杆垂直放置在导轨上且与两导轨接触良好,在与金属杆垂直且沿着导轨向上的外力F的作用下,金属杆从静止开始做匀加速直线运动。
整个装置处于垂直导轨平面向上的匀强磁场中,外力F的最小值为8 N,经过2 s金属杆运动到导轨最上端并离开导轨。
已知U形金属导轨两轨道之间的距离为1 m,导轨电阻可忽略不计,金属杆的质量为1 kg、电阻为1 Ω,磁感应强度大小为1 T,重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.下列说法正确的是()A.拉力F是恒力B.拉力F随时间t均匀增加C.金属杆运动到导轨最上端时拉力F为12 ND.金属杆运动的加速度大小为2 m/s23. 如图,两根足够长光滑平行金属导轨PP′、QQ′倾斜放置,匀强磁场垂直于导轨平面,导轨的上端与水平放置的两金属板M、N相连,金属棒ab水平跨放在导轨上,下滑过程中与导轨接触良好.现由静止释放金属棒ab,假定电容器不会被击穿,忽略一切电阻,则下列说法正确的是A.金属棒ab下滑过程中M板电势高于N板电势B.金属棒ab匀加速下滑C.金属棒ab最终可能匀速下滑D.金属棒下滑过程中减少的重力势能等于棒增加的动能4. 如图,水平固定的光滑U型金属导轨处于竖直向下的匀强磁场中,磁场的磁感应强度大小为B,导轨间距为L.一金属棒从导轨右端以大小为v的速度滑上导轨,金属棒最终停在导轨上,已知金属棒的质量为m、长度为L、电阻为R,金属棒与导轨始终接触良好,不计导轨的电阻,则()A.金属棒静止前做匀减速直线运动B.金属棒刚滑上导轨时的加速度最大C.金属棒速度为时的加速度是刚滑上导轨时加速度的D.金属棒从滑上导轨到静止的过程中产生的热量为二、解答题5. 如图所示,间距为L=0.5m的两条平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.2T,轨道左侧连接一定值电阻R=1Ω。
人教版物理选修3-2第十一章第3节:电磁感应现象的应用一、多选题。
1. 如图所示,将圆柱形强磁铁吸在干电池负极,金属导线折成上端有一支点、下端开口的导线框,使导线框的顶端支点和底端分别与电源正极和磁铁都接触良好但不固定,这样整个线框就可以绕电池轴心旋转起来.下列判断中正确的是()A.线框能旋转起来,是因为电磁感应B.俯视观察,线框沿逆时针方向旋转C.电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率D.旋转达到稳定时,线框中电流比刚开始转动时的大2. 某同学在老师指导下利用如图甲装置做实验,在固定支架上悬挂一蹄形磁铁,悬挂轴与一手柄固定连接,旋转手柄可连带磁铁一起绕轴线OO′旋转,蹄形磁铁两磁极间有一可绕轴线OO′自由旋转的矩形线框abcd(cd与轴线OO′重合).手柄带着磁铁以8rad/s的角速度匀速旋转,某时刻蹄形磁铁与线框平面正好重合,如图乙所示,此时线框旋转的角速度为6rad/s,已知线框边ab=5cm,ad=2cm,线框所在处磁场可视为匀强磁场,磁感应强度大小为B=0.4T,线框匝数为200匝,电阻为1.6Ω,则下列说法正确的是()A.若手柄逆时针旋转(俯视),线框将顺时针旋转B.若手柄逆时针旋转(俯视),在图乙时刻线框中电流的方向为abcdaC.在图乙时刻线框中电流的热功率为0.016WD.在图乙时刻线框bc边受到的安培力大小为8×10−4N3. 电磁炉采用感应电流(涡流)的加热原理,是通过电子线路产生交变磁场,把铁锅放在炉面上时,在铁锅底部产生交变的电流以加热食品等.它具有升温快、效率高、体积小、安全性好等优点.下列关于电磁炉的说法中正确的是()A.电磁炉面板可采用陶瓷材料,发热部分为铁锅底部B.电磁炉面板可采用金属材料,通过面板发热加热锅内食品C.电磁炉可以用陶瓷器皿作为锅具对食品加热D.可以通过改变电子线路的频率来改变电磁炉的功率4. 如图,一根足够长的直导线水平放置,通以向右的恒定电流,在其正上方O点用细丝线悬挂一铜制圆环.将圆环从a点无初速释放,圆环在直导线所处的竖直平面内运动,经过最低点b和最右侧c后返回,则()A.从a到c的过程中圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针B.运动过程中圆环受到的安培力方向与速度方向相反C.圆环从b到c的时间大于从c到b的时间D.圆环从b到c产生的热量大于从c到b产生的热量二、选择题。
第11章 电磁感应11.1 基本要求 1理解电动势的概念。
2掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律,能熟练地应用它们来计算感应电动势的大小,判别感应电动势的方向。
3理解动生电动势的概念及规律,会计算一些简单问题中的动生电动势。
4理解感生电场、感生电动势的概念及规律,会计算一些简单问题中的感生电动势。
5理解自感现象和自感系数的定义及物理意义,会计算简单回路中的自感系数。
6理解互感现象和互感系数的定义及物理意义,能计算简单导体回路间的互感系数。
7理解磁能(磁场能量)和磁能密度的概念,能计算一些简单情况下的磁场能量。
8了解位移电流的概念以及麦克斯韦方程组(积分形式)的物理意义。
11.2 基本概念1电动势ε:把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时,非静电力所作的功,即Wqε=2动生电动势:仅由导体或导体回路在磁场中的运动而产生的感应电动势。
3感生电场k E :变化的磁场在其周围所激发的电场。
与静电场不同,感生电场的电 场线是闭合的,所以感生电场也称有旋电场。
4感生电动势:仅由磁场变化而产生的感应电动势。
5自感:有使回路保持原有电流不变的性质,是回路本身的“电磁惯性”的量度。
自感系数L ://m L I N I =ψ=Φ6自感电动势L ε:当通过回路的电流发生变化时,在自身回路中所产生的感应电动势。
7互感系数M :211212M I I ψψ== 8互感电动势12ε:当线圈2的电流2I 发生变化时,在线圈1中所产生的感应电动势。
9磁场能量m W :贮存在磁场中的能量。
自感贮存磁能:212m W LI =磁能密度m w :单位体积中贮存的磁场能量22111222m B w μH HB μ===10位移电流:D d d I dt Φ=s d t∂=∂⎰g DS ,位移电流并不表示有真实的电荷在空 间移动。
但是,位移电流的量纲和在激发磁场方面的作用与传导电流是一致的。
11位移电流密度:d t∂=∂D j 11.3 基本规律1电磁感应的基本定律:描述电磁感应现象的基本规律有两条。
大学物理第11章电磁感应期末试题及参考答案第11章电磁感应期末试题及参考答案一、填空题1、在竖直放置的一根无限长载流直导线右侧有一与其共面的任意形状的平面线圈。
直导线中的电流由下向上,当线圈平行于导线向右运动时,线圈中的感应电动势方向为___________(填顺时针或逆时针),其大小 (填>0,<0或=0 (设顺时针方向的感应电动势为正)2、如图所示,在一长直导线L 中通有电流I ,ABCD 为一矩形线圈,它与L 皆在纸面内,且AB 边与L 平行,矩形线圈绕AD 边旋转,当BC 边已离开纸面正向里运动时,线圈中感应动势的方向为___________。
(填顺时针或逆时针)3、金属杆AB 以匀速v 平行于长直载流导线运动,导线与AB 共面且相互垂直,如图所示。
已知导线载有电流I ,则此金属杆中的电动势为电势较高端为____。
4、金属圆板在均匀磁场中以角速度ω 绕中心轴旋转均匀磁场的方向平行于转轴,如图所示,则盘中心的电势(填最高或最低)5、一导线被弯成如图所示形状,bcde 为一不封口的正方形,边长为l ,ab 为l 的一半。
若此导线放在匀强磁场B 中,B 的方向垂直图面向内。
导线以角速度ω在图面内绕a 点匀速转动,则此导线中的电势为;最高的点是__________。
6、如图所示,在与纸面相平行的平面内有一载有向上方向电流的无限长直导线和一接有电压表的矩形线框。
当线框中有逆时针方向的感应电流时,直导线中的电流变化为________。
(填写“逐渐增大”或“逐渐减小”或“不变”)IVO O ′ B BAC 7、圆铜盘水平放置在均匀磁场中,B 的方向垂直盘面向上。
当磁场随时间均匀增加时,从下往上看感应电动势的方向为_______(填顺或逆时针)二、单选题1、如图所示,导体棒AB 在均匀磁场B 中绕通过C 点的垂直于棒长且沿磁场方向的轴OO ' 转动(角速度ω与B 同方向),BC 的长度为棒长的1/3,则() (A) A 点比B 点电势高 (B) A 点与B 点电势相等(C) A 点比B 点电势低 (D) 有稳恒电流从A 点流向B 点2、圆铜盘水平放置在均匀磁场中,B的方向垂直盘面向上。
练案[29] 第十一章电磁感应第1讲电磁感应现象楞次定律一、选择题(本题共14小题,1~10题为单选,11~14题为多选)1.(2023·江苏模拟预测)电吉他的工作原理是在琴身上装有线圈,线圈附近被磁化的琴弦振动时,会使线圈中的磁通量发生变化,从而产生感应电流,再经信号放大器放大后传到扬声器。
其简化示意图如图所示。
则当图中琴弦向右靠近线圈时( C )A.穿过线圈的磁通量减小B.线圈中不产生感应电流C.琴弦受向左的安培力D.线圈有扩张趋势[解析]琴弦向右靠近线圈时,穿过线圈的磁通量增大,线圈中产生感应电流,由“来拒去留”可知琴弦受到向左的安培力,由“增缩减扩”可知线圈有收缩趋势,故ABD错误,C正确。
2.(2023·北京通州模拟预测)安装在公路上的测速装置如图,在路面下方间隔一定距离埋设有两个通电线圈,线圈与检测抓拍装置相连,车辆从线圈上面通过时线圈中会产生脉冲感应电流,检测装置根据两个线圈产生的脉冲信号的时间差计算出车速大小,从而对超速车辆进行抓拍。
下列说法正确的是( B )A.汽车经过线圈上方时,两线圈产生的脉冲电流信号时间差越长,车速越大B.汽车经过通电线圈上方时,汽车底盘的金属部件中会产生感应电流C.当汽车从线圈上方匀速通过时,线圈中不会产生感应电流D.当汽车从线圈上方经过时,线圈中产生感应电流属于自感现象[解析]汽车经过线圈上方时产生脉冲电流信号,车速越大,汽车通过两线圈间的距离所用的时间越小,即两线圈产生的脉冲电流信号时间差越小,故A错误;汽车经过通电线圈上方时,汽车底盘的金属部件通过线圈所产生的磁场,金属部件中的磁通量发生变化,在金属部件中产生感应电流,金属部件中的感应电流产生磁场,此磁场随汽车的运动,使穿过线圈的磁通量变化,所以线圈中会产生感应电流,故B正确,C错误;当汽车从线圈上方经过时,线圈中产生的感应电流并不是线圈自身的电流变化所引起的,则不属于自感现象,故D错误。
电磁感应中的“杆—轨道”模型一、“单杆+导轨”模型“单杆+导轨”模型的四种典型情况(不计单杆的电阻)v0≠0、轨道水平光滑v0=0、轨道水平光滑示意图运动分析导体杆以速度v切割磁感线产生感应电动势E=BL v,电流I=ER=BL vR,安培力F=ILB=B2L2vR,做减速运动:v↓⇒F↓⇒a↓,当v=0时,F=0,a=0,杆保持静止S闭合时,ab杆受安培力F=BLEr,此时a=BLEmr,杆ab速度v↑⇒感应电动势BL v↑⇒I↓⇒安培力F=ILB↓⇒加速度a↓,当E感=E时,v最大,且v m=EBL开始时a=Fm,以后杆ab速度v↑⇒感应电动势E=BL v↑⇒I↑⇒安培力F安=ILB↑,由F-F安=ma知a↓,当a=0时,v最大,v m=FRB2L2开始时a=Fm,以后杆ab速度v↑⇒E=BL v↑,经过Δt速度为v+Δv,此时感应电动势E′=BL(v+Δv),Δt时间内流入电容器的电荷量Δq=CΔU=C(E′-E)=CBLΔv电流I=ΔqΔt=CBLΔvΔt=CBLa安培力F安=ILB=CB2L2aF-F安=ma,a=Fm+B2L2C,所以杆以恒定的加速度做匀加速运动速度图像能量分析动能全部转化为内能Q=12m v2电源输出的电能转化为杆的动能W电=12m v2mF做的功一部分转化为杆的动能,一部分产生焦耳热W F=Q+12m v2mF做的功一部分转化为动能,一部分转化为电场能W F=12m v2+E C例1(多选)如图1所示,两平行光滑长直金属导轨水平放置,间距为L,两导轨间存在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场。
一质量为m、电阻为R、长度恰好等于导轨间宽度的导体棒ab垂直于导轨放置。
闭合开关S,导体棒ab 由静止开始运动,经过一段时间后达到最大速度。
已知电源电动势为E、内阻为15 R,不计金属轨道的电阻,则()图1A.导体棒的最大速度为v=E2BLB.开关S闭合瞬间,导体棒的加速度大小为5BL·E6mRC.导体棒的速度从零增加到最大速度的过程中,通过导体棒的电荷量为mEB2L2D.导体棒的速度从零增加到最大速度的过程中,导体棒产生的焦耳热为mE22B2L2答案BC解析当动生电动势和电源电动势相等时,电流为零,导体棒不再受安培力,做向右的匀速直线运动,此时速度最大,则有E=BL v,解得v=EBL,故A错误;开关闭合瞬间,电路中的电流为I=ER+R5=5E6R,导体棒所受安培力为F=ILB=5BL ·E 6R ,由牛顿第二定律可知导体棒的加速度为a =5BL ·E6mR ,故B 正确;由动量定理得I -LB ·t =m v ,又q =I -t ,联立解得q =mEB 2L 2,故C 正确;对电路应用能量守恒定律有qE =Q 总+12m v 2,导体棒产生的焦耳热为Q R =R R +R 5Q 总=56Q 总,联立解得Q R =5mE 212B 2L 2,故D 错误。
课时规范练34 电磁感应现象中的综合应用问题基础对点练1.(电磁感应中的电路问题)如图所示,两根相距为l的平行直导轨ab、cd,b、d间连有一定值电阻R,导轨电阻可忽略不计。
MN为放在ab和cd 上的一导体杆,与ab垂直,其电阻也为R。
整个装置处于匀强磁场中,磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于导轨所在平面(指向图中纸面内)。
现对MN施力使它沿导轨方向以速度v(如图)做匀速运动。
令U表示MN两端电压的大小,则( )Blv,流过定值电阻R的感应电流由b到dA.U=12Blv,流过定值电阻R的感应电流由d到bB.U=12C.U=Blv,流过定值电阻R的感应电流由b到dD.U=Blv,流过定值电阻R的感应电流由d到b2.(多选)(电磁感应中的能量、电荷量分析)(山东潍坊模拟)如图所示,水平光滑金属导轨P、Q间距为L,M、N间距为2L,P与M相连,Q与N相连,金属棒a垂直于P、Q放置,金属棒b垂直于M、N放置,整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。
现给棒a一大小为v0、水平向右的初速度,假设导轨都足够长,两棒质量均为m,在棒a的速度由v0减小到0.8v0的过程中,两棒始终与导轨接触良好。
以下说法正确的是( )A.俯视时感应电流方向为顺时针B.棒b的最大速度为0.4v0C.回路中产生的焦耳热为0.1m v02D.通过回路中某一截面的电荷量为2mv05BL3.(多选)(电磁感应中的动力学问题)(安徽安庆模拟)如图所示为固定在绝缘斜面上足够长的平行导轨,上端连接有电阻R,匀强磁场垂直穿过导轨平面,方向向上。
一金属棒垂直于导轨放置,以初速度v0沿导轨下滑。
棒始终与导轨垂直且接触良好,导轨电阻、金属棒电阻以及一切摩擦均不计。
若t时刻,棒下滑的速度大小为v,电阻R消耗的热功率为P,则下列图像可能正确的是( )4.(多选)(电磁感应的电路问题)如图所示,材料和粗细完全一样的导线绕成单匝线圈ABCD和EFGH,它们分别绕成扇形,扇形的内径r=0.2 m,外径为R=0.5 m,它们处于同一个圆面上,扇形ABCD对应的圆心角为30°,扇形EFGH对应的圆心角为60°。
班级学号 第十一次 电磁感应和麦克斯韦电磁理论 姓名基本内容和主要公式1.法拉第电磁感应定律和楞次定律 法拉第电磁感应定律:d dtεΦ=-, d d N dtdtφεψ=-=-(多匝线圈)楞次定律:感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。
(楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体表现)2.动生电动势和感生电动势(1)动生电动势:导体在磁场中作切割磁力线运动所产生的感应电动势称 为动生电动势产生动生电动势的非静电力是洛伦兹力Dv B dl ε+-=⨯⋅⎰ ()(一段导体运动)、 D dl ε=⨯⋅⎰(v B ) (整个回路运动) (2)感生电动势:由变化磁场所产生的感应电动势称为感生电动势 产生感生电动势的非静电力是有旋电场W EWWL SSd dBE dl B dS dS dt dttεΦ∂=⋅=-=-⋅=-⋅∂⎰⎰⎰⎰⎰(式中S 是以L 为边界的任意曲面)3.电场由两部分构成一部分是电荷产生的有源场0E : 00E dl ⋅=⎰另一部分是变化磁场所激励的有旋场W E : W L S BE dl dS t ∂⋅=-⋅∂⎰⎰⎰0W E E E =+ 、 L S B E dl dS t ∂⋅=-⋅∂⎰⎰⎰ 、 BE t ∂∇⨯=-∂4.自感现象和互感现象(1)自感现象:由回路中电流变化而在回路自身所产生的电磁感应现象叫做自感现象;所产生的电动势叫做自感电动势L I Φ= 、 L dI Ldtε=- 式中L 叫做自感系数(2)互感现象:由一回路中电流变化而在另一回路中产生的电磁感应现象 叫做互感现象;所产生的电动势叫做互感电动势 12121M I Φ=、21212M I Φ=、M dI M dtε=-、1221M M M ==式中M 叫做互感系数 5.磁场能量磁场能量密度: 12m w B H =⋅ , 一般情况下可写为 21122m B w BH μ== 磁场能量: 12m m VVW w dV B H dV ==⋅⎰⎰⎰⎰⎰⎰、 212m W L I = 6.位移电流和麦克斯韦方程组(1)位移电流密度:D Dj t∂=∂其实质是变化的电场(2)位移电流: DD D SSSd Dd I j dS dS D dS t dtdtΦ∂=⋅=⋅=⋅=∂⎰⎰⎰⎰⎰⎰、 0D j j t ∂=+∂称为全电流密度;00SD j dS t∂+⋅=∂⎰⎰() 此式表明全电流在任何情况下都是连续的(3)麦克斯韦方程组: 0SVD dS dV ρ⋅=⎰⎰⎰⎰⎰、 L S BE dl dS t ∂⋅=-⋅∂⎰⎰⎰0r B H μμ= 、0r D E εε=0SB dS ⋅=⎰⎰ 、 0LS DH dl j dS t∂⋅=+⋅∂⎰⎰⎰()、 0D ρ∇⋅= 、 B E t ∂∇⨯=-∂ 、 0B ∇⋅= 、0DH j t∂∇⨯=+∂、 0j E σ=练习题一、选择题1. 如图13-1,长为l 的直导线ab 在均匀磁场中以速度v垂直于导线运动。
专题强化二十五 动量观点在电磁感应中的应用题型一 动量定理在电磁感应中的应用导体棒或金属框在感应电流所引起的安培力作用下做非匀变速直线运动时,安培力的冲量为:I 安=B I Lt =BLq ,通过导体棒或金属框的电荷量为:q =I Δt =ER 总Δt =n ΔΦΔt ·R 总Δt =n ΔФR 总,磁通量变化量:ΔΦ=B ΔS =BLx .当题目中涉及速度v 、电荷量q 、运动时间t 、运动位移x 时常用动量定理求解.“单棒+电阻”模型例1 (2020·湖北高三开学考试)如图1所示,在光滑的水平面上宽度为L 的区域内,有竖直向下的匀强磁场.现有一个边长为a (a <L )的正方形闭合线圈以垂直于磁场边界的初速度v 0向右滑动,穿过磁场后速度刚好减为0,那么当线圈完全进入磁场时,其速度大小( ) A .大于v 02B .等于v 02C .小于v 02D .以上均有可能“电容器+棒”模型1.无外力充电式基本 模型规律(电阻阻值为R ,电容器电容为C ) 电路特点导体棒相当于电源,电容器被充电.电流特点安培力为阻力,棒减速,E 减小,有I =BL v -U CR,电容器被充电U C 变大,当BL v =U C 时,I =0,F 安=0,棒匀速运动.运动特点和最终特征a 减小的加速运动,棒最终做匀速运动,此时I =0,但电容器带电荷量不为零.最终速度最终电容器两端电压U=BL v 对棒应用动量定理:m v0-m v=B I L·Δt=BLqv=m v0m+B2L2C.v-t图象例2(多选)如图2甲所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ,两导轨间距为l,电阻均可忽略不计.在M和P之间接有阻值为R的定值电阻,导体杆ab质量为m、电阻为r,并与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中.现给杆ab一个初速度v0,使杆向右运动.则()A.当杆ab刚具有初速度v0时,杆ab两端的电压U=Bl v0RR+r,且a点电势高于b点电势B.通过电阻R的电流I随时间t的变化率的绝对值逐渐增大C.若将M和P之间的电阻R改为接一电容为C的电容器,如图乙所示,同样给杆ab一个初速度v0,使杆向右运动,则杆ab稳定后的速度为v=m v0m+B2l2CD.在C选项中,杆稳定后a点电势高于b点电势2.无外力放电式基本模型规律(电源电动势为E,内阻不计,电容器电容为C) 电路特点电容器放电,相当于电源;导体棒受安培力而运动.电流的特点电容器放电时,导体棒在安培力作用下开始运动,同时阻碍放电,导致电流减小,直至电流为零,此时U C=BL v.运动特点及最终特征a减小的加速运动,最终匀速运动,I=0.最大速度v m 放电结束时电荷量:Q=CU=CBL v m电容器放电荷量:ΔQ=Q0-Q=CE-CBL v m 对棒应用动量定理:m v m=B I L·Δt=BLΔQv m=BLCEm+B2L2Cv-t图象例3(2017·天津卷·12)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器.电磁轨道炮示意如图3,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C.两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距离为l,电阻不计.炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触.首先开关S接1,使电容器完全充电.然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动.当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨.问:(1)磁场的方向;(2)MN刚开始运动时加速度a的大小;(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少.1.(“单棒+电阻”模型)如图4为电磁驱动与阻尼模型,在水平面上有两根足够长的平行轨道PQ和MN,左端接有阻值为R的定值电阻,其间有垂直轨道平面的磁感应强度为B的匀强磁场,两轨道间距及磁场宽度均为L.质量为m的金属棒ab静置于导轨上,当磁场沿轨道向右运动的速度为v时,棒ab恰好滑动.棒运动过程始终在磁场范围内,并与轨道垂直且接触良好,轨道和棒电阻均不计,最大静摩擦力等于滑动摩擦力.(1)判断棒ab刚要滑动时棒中的感应电流方向,并求此时棒所受的摩擦力F f大小;(2)若磁场不动,将棒ab以水平初速度2v运动,经过时间t=mRB2L2停止运动,求棒ab运动位移x及回路中产生的焦耳热Q.题型二动量守恒定律在电磁感应中的应用1.在双金属棒切割磁感线的系统中,双金属棒和导轨构成闭合回路,安培力充当系统内力,如果它们不受摩擦力,且受到的安培力的合力为0时,满足动量守恒,运用动量守恒定律解题比较方便.2.双棒模型双棒无外力双棒有外力示意图F为恒力动力学观点导体棒1受安培力的作用做加速度减小的减速运动,导体棒2受安培力的作用做加速度减小的加速运动,最后两棒以相同的速度做匀速直线运动导体棒1做加速度逐渐减小的加速运动,导体棒2做加速度逐渐增大的加速运动,最终两棒以相同的加速度做匀加速直线运动动量观点系统动量守恒系统动量不守恒能量观点棒1动能的减少量=棒2动能的增加量+焦耳热外力做的功=棒1的动能+棒2的动能+焦耳热例4如图5所示,两根间距为l的光滑金属导轨(不计电阻),由一段圆弧部分与一段无限长的水平部分组成,其水平部分加有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B,导轨水平部分静止放置一金属棒cd,质量为2m,电阻为2r.另一质量为m,电阻为r的金属棒ab,从圆弧部分M处由静止释放下滑至N处进入水平部分,棒与导轨始终垂直且接触良好,圆弧部分MN半径为R,所对圆心角为60°,重力加速度为g.求:(1)ab棒在N处进入磁场区速度是多大?此时棒中电流是多少?(2)cd棒能达到的最大速度是多大?(3)cd棒由静止到最大速度过程中,系统所能释放的热量是多少?2.(电磁感应中的双棒模型)(多选)(2019·全国卷Ⅲ·19)如图6,方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨,两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上,t=0时,棒ab以初速度v0向右滑动.运动过程中,ab、cd始终与导轨垂直并接触良好,两者速度分别用v1、v2表示,回路中的电流用I表示.下列图像中可能正确的是()3.(电磁感应中的双棒模型)如图7所示,在磁感应强度大小为B的匀强磁场区域内,与磁场方向垂直的水平面内有两根固定的足够长的平行金属导轨,导轨上面平放着两根导体棒ab 和cd,两棒彼此平行,构成一矩形回路.导轨间距为l,导体棒的质量都为m,电阻都为R,导轨部分电阻可忽略不计.设导体棒可在导轨上无摩擦地滑行,初始时刻ab棒静止,给cd 棒一个向右的初速度v0.(1)求cd棒速度减为0.8v0时的加速度大小;(2)从开始运动到最终稳定,求电路中产生的电能;(3)求两棒之间距离增加量的最大值.课时精练1.(多选)如图1所示,两根水平固定的足够长平行光滑金属导轨上,静止放着两根质量为m 、长度为L 、电阻为R 的相同导体棒ab 和cd ,构成矩形回路(ab 、cd 与导轨接触良好),导轨平面内有竖直向上的匀强磁场B .现给cd 一个初速度v 0,则( ) A .ab 将向右做匀加速运动 B .ab 、cd 最终具有相同的速度v 02C .通过ab 杆的电荷量为q =m v 02BLD .回路产生的焦耳热最多为12m v 022.如图2所示,水平面上固定着两根相距L 且电阻不计的足够长的光滑金属导轨,导轨处于方向竖直向下、磁感应强度为B 的匀强磁场中,铜棒a 、b 的长度均等于两导轨的间距、电阻均为R 、质量均为m ,铜棒平行地静止在导轨上且与导轨接触良好.现给铜棒a 一个平行导轨向右的瞬时冲量I ,关于此后的过程,下列说法正确的是( ) A .回路中的最大电流为BLImRB .铜棒b 的最大加速度为B 2L 2I2m 2RC .铜棒b 获得的最大速度为ImD .回路中产生的总焦耳热为I 22m3.(多选)如图3所示,两根质量均为m 的金属棒垂直地放在光滑的水平导轨上,左、右两部分导轨间距之比为1∶2,导轨间左、右两部分有大小相等、方向相反的匀强磁场,两棒电阻与棒长成正比,不计导轨电阻,现用水平恒力F 向右拉CD 棒,在CD 棒向右运动距离为s 的过程中,AB 棒上产生的焦耳热为Q ,此时AB 棒和CD 棒的速度大小均为v ,此时立即撤去拉力F ,设导轨足够长且两棒始终在不同磁场中运动,则下列说法正确的是( ) A .v 的大小等于Fs -3QmB .撤去拉力F 后,AB 棒的最终速度大小为65v ,方向向右C .撤去拉力F 后,CD 棒的最终速度大小为25v ,方向向右D .撤去拉力F 后,整个回路产生的焦耳热为110m v 24.如图4甲所示,固定放置在水平桌面上的两根足够长的光滑金属导轨间的距离为L =1 m .质量m=1 kg的直导体棒放在导轨上,且与导轨垂直.导轨左端与阻值R=4 Ω的电阻相连,其余电阻不计,整个装置放在竖直向上的匀强磁场内,磁感应强度B=2 T.在t=0时,一水平向右的恒定拉力F垂直作用于直导体棒,使直导体棒由静止开始向右做直线运动,图乙是描述导体棒运动过程的v-t图象(设导轨足够长).求:(1)拉力F的大小;(2)t=1.6 s时,导体棒的加速度大小a;(3)前1.6 s内导体棒的位移大小x.5.如图5所示,平行倾斜光滑导轨与足够长的平行水平光滑导轨平滑连接,导轨电阻不计.质量分别为m 和12m 的金属棒b 和c 静止放在水平导轨上,b 、c 两棒均与导轨垂直.图中de 虚线往右有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场.质量为m 的绝缘棒a 垂直于倾斜导轨由静止释放,释放位置与水平导轨的高度差为h .已知绝缘棒a 滑到水平导轨上与金属棒b 发生弹性正碰,金属棒b 进入磁场后始终未与金属棒c 发生碰撞.重力加速度为g .求:(1)绝缘棒a 与金属棒b 发生弹性正碰后分离时两棒的速度大小;(2)金属棒b 进入磁场后,其加速度为其最大加速度的一半时的速度大小; (3)两金属棒b 、c 上最终产生的总焦耳热.6.两足够长且不计电阻的光滑金属轨道如图6甲所示放置,间距为d=1 m,在左端弧形轨道部分高h=1.25 m处放置一金属杆a,弧形轨道与平直轨道平滑连接,在平直轨道右端放置另一金属杆b,杆a、b的电阻分别为R a=2 Ω,R b=5 Ω,在平直轨道区域有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=2 T.现杆b以初速度大小v0=5 m/s开始向左滑动,同时由静止释放杆a,杆a由静止下滑至刚滑到水平轨道的过程中,通过杆b的平均电流为0.3 A;从a下滑到水平轨道时开始计时,a、b运动的速度—时间图象如图乙所示(以a运动方向为正方向),其中m a=2 kg,m b=1 kg,g取10 m/s2,求:(1)杆a在弧形轨道上运动的时间;(2)杆a在水平轨道上运动过程中通过其截面的电荷量;(3)在整个运动过程中杆b产生的焦耳热.专题强化二十五 动量观点在电磁感应中的应用目标要求 1.掌握应用动量定理处理电磁感应问题的方法技巧.2.建立电磁感应问题中动量守恒的模型,并用动量守恒定律解决问题.题型一 动量定理在电磁感应中的应用导体棒或金属框在感应电流所引起的安培力作用下做非匀变速直线运动时,安培力的冲量为:I 安=B I Lt =BLq ,通过导体棒或金属框的电荷量为:q =I Δt =ER 总Δt =n ΔΦΔt ·R 总Δt =n ΔФR 总,磁通量变化量:ΔΦ=B ΔS =BLx .当题目中涉及速度v 、电荷量q 、运动时间t 、运动位移x 时常用动量定理求解.“单棒+电阻”模型例1 (2020·湖北高三开学考试)如图1所示,在光滑的水平面上宽度为L 的区域内,有竖直向下的匀强磁场.现有一个边长为a (a <L )的正方形闭合线圈以垂直于磁场边界的初速度v 0向右滑动,穿过磁场后速度刚好减为0,那么当线圈完全进入磁场时,其速度大小( )图1A .大于v 02B .等于v 02C .小于v 02D .以上均有可能答案 B解析 通过线圈横截面的电荷量:q =I Δt =E R·Δt =ΔΦR, 由于线圈进入和穿出磁场过程,线圈磁通量的变化量相等,则进入和穿出磁场的两个过程通过线圈横截面的电荷量q 相等,由动量定理得,线圈进入磁场过程: -B I at =m v -m v 0,线圈离开磁场过程:-B I at =0-m v , 由于q =I t ,则-Baq =m v -m v 0,Baq =m v , 解得v =v 02,故选B.“电容器+棒”模型1.无外力充电式基本 模型规律(电阻阻值为R ,电容器电容为C ) 电路特点导体棒相当于电源,电容器被充电.电流特点安培力为阻力,棒减速,E 减小,有I =BL v -U CR,电容器被充电U C 变大,当BL v =U C 时,I =0,F 安=0,棒匀速运动.运动特点和最终特征a 减小的加速运动,棒最终做匀速运动,此时I =0,但电容器带电荷量不为零. 最终速度电容器充电荷量:q =CU 最终电容器两端电压U =BL v对棒应用动量定理: m v 0-m v =B I L ·Δt =BLq v =m v 0m +B 2L 2C. v -t 图象例2 (多选)如图2甲所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN 和PQ ,两导轨间距为l ,电阻均可忽略不计.在M 和P 之间接有阻值为R 的定值电阻,导体杆ab 质量为m 、电阻为r ,并与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度为B 的匀强磁场中.现给杆ab 一个初速度v 0,使杆向右运动.则( )图2A.当杆ab刚具有初速度v0时,杆ab两端的电压U=Bl v0RR+r,且a点电势高于b点电势B.通过电阻R的电流I随时间t的变化率的绝对值逐渐增大C.若将M和P之间的电阻R改为接一电容为C的电容器,如图乙所示,同样给杆ab一个初速度v0,使杆向右运动,则杆ab稳定后的速度为v=m v0m+B2l2CD.在C选项中,杆稳定后a点电势高于b点电势答案ACD解析当杆ab刚具有初速度v0时,其切割磁感线产生的感应电动势E=Bl v0,杆ab两端的电压U=ERR+r=Bl v0RR+r,根据右手定则知,感应电流的方向为b到a,杆ab相当于电源,a相当于电源的正极,则a点电势高于b点电势,A正确;通过电阻R的电流I=Bl vR+r,由于杆ab速度减小,则电流减小,安培力减小,所以杆ab做加速度逐渐减小的减速运动,速度v 随时间t的变化率的绝对值逐渐减小,则通过电阻R的电流I随时间t的变化率的绝对值逐渐减小,B错误;当杆ab以初速度v0开始切割磁感线时,电路开始给电容器充电,有电流通过杆ab,杆在安培力的作用下做减速运动,随着速度减小,安培力减小,加速度也减小.当电容器两端电压与感应电动势相等时,充电结束,杆以恒定的速度做匀速直线运动,电容器两端的电压U=Bl v,而q=CU,对杆ab,根据动量定理得-B I l·Δt=-Blq=m v-m v0,联立可得v=m v0m+B2l2C,C正确;杆稳定后,电容器不再充电,回路中没有电流,根据右手定则知,a点的电势高于b点电势,D正确.2.无外力放电式(电源电动势为E,内阻不计,电容器电容为C)电容器放电,相当于电源;导体棒受安培力而运动.例3(2017·天津卷·12)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度,其原理可用来研制新武器和航天运载器.电磁轨道炮示意如图3,图中直流电源电动势为E,电容器的电容为C.两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距离为l,电阻不计.炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN,垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触.首先开关S接1,使电容器完全充电.然后将S接至2,导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场(图中未画出),MN开始向右加速运动.当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时,回路中电流为零,MN达到最大速度,之后离开导轨.问:图3(1)磁场的方向;(2)MN刚开始运动时加速度a的大小;(3)MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量Q是多少.答案(1)垂直于导轨平面向下(2)BlEmR(3)B2l2C2Em+B2l2C解析(1)将S接1时,电容器充电,上极板带正电,下极板带负电,当将S接2时,电容器放电,流经MN的电流由M到N,又知MN向右运动,由左手定则可知磁场方向垂直于导轨平面向下.(2)电容器完全充电后,两极板间电压为E ,当开关S 接2时,电容器放电,设刚放电时流经MN 的电流为I ,有 I =E R① 设MN 受到的安培力为F ,有F =IlB ② 由牛顿第二定律,有F =ma ③ 联立①②③式得a =BlEmR④(3)当电容器充电完毕时,设电容器上电荷量为Q 0,有 Q 0=CE ⑤开关S 接2后,MN 开始向右加速运动,速度达到最大值v max 时,设MN 上的感应电动势为E ′,有E ′=Bl v max ⑥ 依题意有E ′=QC⑦设在此过程中流经MN 的平均电流为I ,MN 上受到的平均安培力为F ,有F =I lB ⑧ 由动量定理,有F Δt =m v max -0⑨ 又I Δt =Q 0-Q ⑩ 联立⑤⑥⑦⑧⑨⑩式得Q =B 2l 2C 2Em +B 2l 2C .1.(“单棒+电阻”模型)(2019·福建龙岩市5月模拟)如图4为电磁驱动与阻尼模型,在水平面上有两根足够长的平行轨道PQ 和MN ,左端接有阻值为R 的定值电阻,其间有垂直轨道平面的磁感应强度为B 的匀强磁场,两轨道间距及磁场宽度均为L .质量为m 的金属棒ab 静置于导轨上,当磁场沿轨道向右运动的速度为v 时,棒ab 恰好滑动.棒运动过程始终在磁场范围内,并与轨道垂直且接触良好,轨道和棒电阻均不计,最大静摩擦力等于滑动摩擦力.图4(1)判断棒ab 刚要滑动时棒中的感应电流方向,并求此时棒所受的摩擦力F f 大小; (2)若磁场不动,将棒ab 以水平初速度2v 运动,经过时间t =mRB 2L 2停止运动,求棒ab 运动位移x 及回路中产生的焦耳热Q . 答案 见解析解析 (1)磁场沿轨道向右运动,即棒相对于磁场沿轨道向左运动,则根据右手定则,感应电流方向由a 至b .依题意得,棒刚要运动时,受到的摩擦力等于安培力:F f =F 安 F 安=BI 1L I 1=BL v R联立解得:F f =B 2L 2vR(2)设棒的平均速度为v ,根据动量定理可得:-F 安t -F f t =0-2m vF 安=B I L ,又I =BL vR ,x =v t联立解得:x =m v RB 2L2根据动能定理有:-F f x -W 安=0-12m (2v )2根据功能关系有 Q =W 安 得:Q =m v 2.题型二 动量守恒定律在电磁感应中的应用1.在双金属棒切割磁感线的系统中,双金属棒和导轨构成闭合回路,安培力充当系统内力,如果它们不受摩擦力,且受到的安培力的合力为0时,满足动量守恒,运用动量守恒定律解题比较方便. 2.双棒模型F 为恒力导体棒1受安培力的作用做加速度减导体棒1做加速度逐渐减小的加速运例4如图5所示,两根间距为l的光滑金属导轨(不计电阻),由一段圆弧部分与一段无限长的水平部分组成,其水平部分加有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B,导轨水平部分静止放置一金属棒cd,质量为2m,电阻为2r.另一质量为m,电阻为r的金属棒ab,从圆弧部分M处由静止释放下滑至N处进入水平部分,棒与导轨始终垂直且接触良好,圆弧部分MN半径为R,所对圆心角为60°,重力加速度为g.求:图5(1)ab棒在N处进入磁场区速度是多大?此时棒中电流是多少?(2)cd棒能达到的最大速度是多大?(3)cd棒由静止到最大速度过程中,系统所能释放的热量是多少?答案(1)gRBl gR3r(2)13gR(3)13mgR解析(1)ab棒由M下滑到N过程中机械能守恒,故mgR(1-cos 60°)=12m v2解得v=gR进入磁场区瞬间,回路中电流I=E2r+r=Bl gR3r(2)ab棒在安培力作用下做减速运动,cd棒在安培力作用下做加速运动,当两棒速度达到相同速度v ′时,电路中电流为零,安培力为零,cd 棒达到最大速度.ab 、cd 两棒组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得m v =(2m +m )v ′, 解得v ′=13gR(3)系统释放的热量应等于系统机械能的减少量, 故Q =12m v 2-12·3m v ′2解得Q =13mgR2.(电磁感应中的双棒模型)(多选)(2019·全国卷Ⅲ·19)如图6,方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨,两相同的光滑导体棒ab 、cd 静止在导轨上,t =0时,棒ab 以初速度v 0向右滑动.运动过程中,ab 、cd 始终与导轨垂直并接触良好,两者速度分别用v 1、v 2表示,回路中的电流用I 表示.下列图像中可能正确的是( )图6答案 AC解析 棒ab 以初速度v 0向右滑动,切割磁感线产生感应电动势,使整个回路中产生感应电流,判断可知棒ab 受到与v 0方向相反的安培力的作用而做变减速运动,棒cd 受到与v 0方向相同的安培力的作用而做变加速运动,它们之间的速度差Δv =v 1-v 2逐渐减小,整个系统产生的感应电动势逐渐减小,回路中感应电流逐渐减小,最后变为零,即最终棒ab 和棒cd 的速度相同,v 1=v 2,这时两相同的光滑导体棒ab 、cd 组成的系统在足够长的平行金属导轨上运动,水平方向上不受外力作用,由动量守恒定律有m v 0=m v 1+m v 2,解得v 1=v 2=v 02,选项A 、C 正确,B 、D 错误.3.(电磁感应中的双棒模型)如图7所示,在磁感应强度大小为B 的匀强磁场区域内,与磁场方向垂直的水平面内有两根固定的足够长的平行金属导轨,导轨上面平放着两根导体棒ab 和cd ,两棒彼此平行,构成一矩形回路.导轨间距为l ,导体棒的质量都为m ,电阻都为R ,导轨部分电阻可忽略不计.设导体棒可在导轨上无摩擦地滑行,初始时刻ab 棒静止,给cd 棒一个向右的初速度v 0.图7(1)求cd 棒速度减为0.8v 0时的加速度大小; (2)从开始运动到最终稳定,求电路中产生的电能; (3)求两棒之间距离增加量的最大值. 答案 (1)0.3B 2l 2v 0mR (2)14m v 02 (3)mR v 0B 2l2解析 (1)设当cd 棒速度减为0.8v 0时ab 棒的速度为v ′, 由动量守恒定律得m v 0=0.8m v 0+m v ′ 解得v ′=0.2v 0此时回路的电流是I =Bl (0.8-0.2)v 02Rcd 棒的加速度为a =BIlm解得a =0.3B 2l 2v 0mR(2)设两棒稳定时共同的速度为v ,据动量守恒定律得 m v 0=(m +m )v 解得v =12v 0故Q =12m v 02-12(m +m )v 2=14m v 02(3)由法拉第电磁感应定律得,电路中产生的感应电动势E =ΔΦΔt =Bl Δx Δt这段时间内回路的电流为I =E 2R对ab 棒,由动量定理得B I l Δt =m v 联立解得Δx =mR v 0B 2l2.课时精练1.(多选)(2020·云南一模)如图1所示,两根水平固定的足够长平行光滑金属导轨上,静止放着两根质量为m 、长度为L 、电阻为R 的相同导体棒ab 和cd ,构成矩形回路(ab 、cd 与导轨接触良好),导轨平面内有竖直向上的匀强磁场B .现给cd 一个初速度v 0,则( )图1A .ab 将向右做匀加速运动B .ab 、cd 最终具有相同的速度v 02C .通过ab 杆的电荷量为q =m v 02BLD .回路产生的焦耳热最多为12m v 02答案 BC解析 根据法拉第电磁感应定律可知,只有在两棒速度不相等时回路中才有感应电流,感应电流使两棒都产生加速度,然后受到的安培力发生变化,有效电动势发生变化,感应电流、安培力、加速度也随之变化,所以ab 不可能向右做匀加速运动,故A 错误;当两棒速度相等后,穿过回路的磁通量不变,回路中将不再有感应电流,ab 、cd 最终具有相同的速度,两棒的系统所受合外力为零,则根据动量守恒定律有m v 0=2m v ,最终两棒的速度均为v =v 02,故B 正确;选向右的方向为正,对ab 棒根据动量定理有F t =m v 02,F =B I L ,联立可以得到q =I t =m v 02BL ,故C 正确;根据能量守恒定律,在运动过程中产生的热量为Q =12m v 02-12·2m (v 02)2=14m v 02,故D 错误.2.如图2所示,水平面上固定着两根相距L 且电阻不计的足够长的光滑金属导轨,导轨处于方向竖直向下、磁感应强度为B 的匀强磁场中,铜棒a 、b 的长度均等于两导轨的间距、电阻均为R 、质量均为m ,铜棒平行地静止在导轨上且与导轨接触良好.现给铜棒a 一个平行导轨向右的瞬时冲量I ,关于此后的过程,下列说法正确的是( )图2A .回路中的最大电流为BLImRB .铜棒b 的最大加速度为B 2L 2I2m 2RC .铜棒b 获得的最大速度为ImD .回路中产生的总焦耳热为I 22m答案 B解析 给铜棒a 一个平行导轨向右的瞬时冲量I ,此时铜棒a 的速度最大,产生的感应电动势最大,回路中电流最大,每个棒受到的安培力最大,其加速度最大,I =m v 0,v 0=Im ,铜棒a 切割磁感线产生的感应电动势E =BL v 0,回路电流I 0=E 2R =BLI2mR ,选项A 错误;此时铜棒b受到安培力F =BI 0L ,其加速度a =F m =IB 2L 22Rm 2,选项B 正确;此后铜棒a 做加速度减小的减速运动,铜棒b 做加速度减小的加速运动,当二者达到共同速度时,铜棒b 速度最大,据动量守恒有m v 0=2m v ,铜棒b 最大速度v =I 2m ,选项C 错误;回路中产生的焦耳热Q =12m v 02-12·2m v 2=I 24m,选项D 错误. 3.(多选)(2020·安徽省天长中学期末)如图3所示,两根质量均为m 的金属棒垂直地放在光滑的水平导轨上,左、右两部分导轨间距之比为1∶2,导轨间左、右两部分有大小相等、方向相反的匀强磁场,两棒电阻与棒长成正比,不计导轨电阻,现用水平恒力F 向右拉CD 棒,在CD 棒向右运动距离为s 的过程中,AB 棒上产生的焦耳热为Q ,此时AB 棒和CD 棒的速度大小均为v ,此时立即撤去拉力F ,设导轨足够长且两棒始终在不同磁场中运动,则下列说法正确的是( )。
人教版物理选修3-2第十一章专题1:电磁感应现象中的图像问题一、选择题。
1. 如图所示,一个条形磁铁从线圈上方很远处开始向下匀速穿过一环形线圈,t1表示磁铁中部与线圈共面的时刻,能够正确反映环形线圈中电流随时间变化情况的是(规定俯视时,逆时针方向为电流的正方向)()A. B.C. D.2. 如图所示,一闭合直角三角形线框以速度v匀速穿过匀强磁场区域.从BC边进入磁场区域开始计时,到A点离开磁场区域为止的过程中,线框内感应电流随时间变化的情况(以逆时针方向为电流的正方向)是图中的()A. B. C. D.3. 在自行车速度表中,条形磁体与车轮的辐条连接,线圈固定在车架上,使轮子每转一圈磁体就移过它一次.当磁体移过线圈时,在线圈中感应出一个电流脉冲.图甲显示了磁体正要移经线圈.若以逆时针方向为正,下列所产生的电流脉冲图像可能正确的是()A. B.C. D.4. 如图所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ,两导轨间距为l,电阻均可忽略不计.在M和P之间接有阻值为R的定值电阻,导体杆ab电阻为r并与导轨接触良好.整个装置处于磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中.现给导体杆ab一个瞬时冲量,使它获得水平向右的初速度v0.下列图像中,关于ab杆的速度v、通过电阻R中的电流i、电阻R的电功率P、通过MPabM的磁通量Φ随时间变化的规律,可能正确的是()A. B.C. D.5. 将一均匀导线围成一圆心角为90∘的扇形导线框OMN,其中OM=ON=R,圆弧MN的圆心为O点,将导线框的O点置于如图所示的直角坐标系的原点,其中第二和第四象限存在垂直于纸面向里的匀强磁场,其磁感应强度大小为B,第三象限存在垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为2B.从t=0时刻开始让导线框以O点为圆心,以恒定的角速度ω沿逆时针方向做匀速圆周运动,假定沿ONM方向的电流为正,则导线框中的电流i随时间t的变化规律正确的是()A. B.C. D.6. 如图所示,两相邻有界匀强磁场的宽度均为L,磁感应强度大小相等、方向相反,均垂直于纸面.有一边长为L的正方形闭合线圈向右匀速通过整个磁场.用i表示线圈中的感应电流,规定逆时针方向为电流正方向,图示线圈所在位置为位移起点,则下列关于i−x的图像中正确的是()A. B.C. D.7. 如图,EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界,其中EO//E′O′,FO//F′O′,且EO⊥OF,OO′为∠EOF的角平分线,O、O′间的距离为L,磁场方向垂直于纸面向里,一边长为L的正方形导线框沿O′O方向匀速通过磁场,t=0时刻恰好位于图示位置,规定导线框中感应电流沿逆时针方向为正,则感应电流i随时间t的关系图像可能正确的是()A. B.C. D.8. 如图所示,等离子气流(由高温高压的等电荷量的正、负离子组成)由左方连续不断地以速度v0射入P1和P2两极板间的匀强磁场中,由于线圈A中加入变化的磁场,导线ab和导线cd在0∼2s内相互排斥,2∼4s内相互吸引,规定向左为磁感应强度B的正方向,线圈A内磁感应强度B随时间t变化的图像可能是下列图中的()A. B.C. D.二、多选题。
第十一章电磁感应微专题74电磁感应现象楞次定律(实验:探究影响感应电流方向的因素)i.理解“谁”阻碍“谁”及阻碍方式,理解“增反减同”“来拒去留”“增缩减扩”.会用“四步法”判断感应电流的方向2楞次定律推论:(1)阻碍相对运动.(2)使回路面积有扩大或缩小的趋势.(3)阻碍原电流的变化.1.如图所示,变化的匀强磁场垂直穿过金属框架金属杆加在恒力/作用下沿框架从静止开始运动,1=0时磁感应强度大小为反,为使"中不产生感应电流,下列能正确反映磁感应强度B随时间1变化的图像是()M g /V× × ×∣× X× × × ι× × r rX x ×∣× x r?X x x]x Xp h QA B C D答案c解析当通过闭合回路的磁通量不变时,则金属杆"中不产生感应电流,设金属杆他切割磁感线的有效长度为L, f=0时,金属杆H距离MP边的距离为刖,则金属杆运动过程中穿过闭合回路的磁通量Φ=BoLxo=Wo+x),对ab受力分析可知,ab不受安培力作用,做初速度为零的匀变速直线运动,设加速度为α, 的质量为〃?,πl F 1 9 Fz1 2 3 4 5 6 7贝∣l a=1, x=^at2=^~91 1 F1整理得方=左+元一住,即方一/图像是开口向上的抛物线,C正确.D D()ΔD()ltlX()D2.如图所示,报废的近地卫星离轨时,从卫星中释放一根导体缆绳,缆绳的下端连接有空心导体.缆绳以轨道速度。
在地磁场8中运动,使得缆绳中产生感应电流.电荷向缆绳两端聚集,同时两端与电离层中的离子中和,使得电流持续.由于感应电流在地磁场中受到安培力的拖动,从而能加快废弃卫星离轨.设缆绳中电流处处相等,那么()m 2 2m9空心导体A.缆绳中电流的方向由卫星流向空心导体B.相同长度的缆绳受到安培力的大小相等C.缆绳受到安培力的方向与卫星速度方向间的夹角大于90。
沪科版 高二(下)第十一章 A.电磁感应现象 课后练习一、填空题1. 英国科学家________经过十年坚持不懈的研究,发现了当穿过_________的________发生变化时,闭合回路中就有感应电流产生这种现象被称为___________.2. 如图所示,线自由下落进入匀强磁场,当边进入磁场时,线圈中______感应电流;当整个线圈在磁场中运动时,线圈中______感应电流.(均选填“有”或“无”)3. 如图所示,一条形磁铁分别插入线圈A和线圈B时,线圈中能产生感应电流的是线圈____(选填“A”“B”或“A、B”);当条形磁铁插入线圈A中不动时,线圈中_____(选填“有”或“无”)感应电流产生.4. 如图所示,一闭合金属环从上而下通过通电的长直螺线管,b为螺线管的中心处,金属环通过a、b、c处时,能产生感应电流的是______处.5. 无限长直导线与矩形线框绝缘共面对称放置,当直导线中通以如图所示方向的恒定电流I时,线框中_____感应电流;当电流逐渐增大时,线框中_______感应电流;当电流逐渐减小时,线框中______感应电流.(均选填“有”或“无”)6. 如图所示,在将金属线框从匀强磁场中拉出的过程中,穿过闭合回路的磁通量______(选填“变大”“变小”或“不变”),闭合回路中______(选填“有”或“无”)感应电流.7. 如图所示,导线a所在处无磁场仅在虚线框内存在匀强磁场,其磁感应强度逐渐增大,则导线框a中______(选填“有”或“无”)感应电流产生.(1)若,则在线框中不产生感应电流的时间等于(______).A. B. C.D.(2)若,则在线框中不产生感应电流的时间等于(______). A.B.C.D.9. 如图所示,一水平放置的矩形线圈在条形磁铁S 极附近下落,在下落过程中,线圈平面保持水平,位置1和3都靠近位置2,则线圈从位置1到位置2的过程中,线圈内______感应电流产生;线圈从位置2到位置3的过程中,线圈内_______感应电流产生.(均选填“有”或“无”)10.如图所示,竖直放置的长直导线中通以恒定电流,矩形金属线框跟导线在同一平面内,当线框以直导线为轴转动时,线框中______(选填“能”或“不能”)产生感应电流.11. 如图所示,滑动变阻器滑片P 向下滑动时,线圈中______(选填“有”或“无”)感应电流产生.如图所示,一有限范围的匀强磁场,宽度为d .一个边长为l 的正方形导线框以速度v 匀速通过磁场区.8.二、单选题_时间内,线圈P 中有感应电流.13. 如图所示,闭合矩形线圈放在足够大的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直,则下列不能使线圈中产生感应电流的是( )A .线圈向右平移B .将线圈拉成圆形C .线圈绕着中心轴O 转动D .增大磁感应强度B14. 如图所示,带负电的圆环绕圆心旋转,在环的圆心处有一闭合小线圈,小线圈和圆环在同一平面,则( ).A .只要圆环在转动,小线圈内就一定有感应电流B .不管环怎样转动,小线圈内都没有感应电流C .圆环在做变速转动时,小线圈内一定有感应电流D .圆环做匀速转动时,小线圈内有感应电流15. 如图所示,为某同学研究电磁感应现象时的实验电路图,他闭合或断开开关时观察不到灵敏电流计指针的偏转,若所有的仪器都正常,接触良好,则其主要原因是( )_____如图所示,圆形线圈P 的正上方悬挂一相同的线圈Q ,P 和Q 共轴,Q 中通有变化的电流,电流随时间变化的规律如图所示,则在______和12.A.电源接法有误B.开关接错位置C.滑动变阻器接法错误D.灵敏电流计要接到电源的回路中16. 首先发现电磁感应现象的科学家是().A.奥斯特B.麦克斯韦C.楞次D.法拉第17. 下面关于闭合线圈中感应电流的说法正确的是().A.只要闭合线圈所在处空间的磁场发生变化,线圈内就有感应电流产生B.只要穿过闭合线圈的磁通量发生变化,线圈内就有感应电流产生C.只要闭合线圈所围面积和所在空间的磁场发生变化线圈内就有感应电流产生D.以上结论都不正确18. 如图所示,竖直放置的长直导线通以恒定电流,有一矩形线框与导线在同一平面内,在下列情况中不能使线圈产生感应电流的是()A.导线中电流强度变大B.线框向右平动C.线框向下平动D.线框以ab边为轴转动A .两环都产生感应电流B .a 环产生感应电流,b 环不产生感应电流C .两环都不产生感应电流D .b 环产生感应电流,a 环不产生感应电流20. 如图所示,有一弹性金属圆环套在条形磁铁正中间,环平面和磁铁垂直,下列情况中环中没有感应电流的是( ).A .将金属圆环沿半径方向拉大B .将金属圆环向右平移C .将磁铁向左抽出D .将磁铁沿水平轴线转动21. 如图所示,圆形线圈与条形磁铁位于同一平面内,磁铁中心与圆心O 重合,欲使线圈中产生感应电流,可使条形磁铁( ).A .以O 为轴在图示平面内沿顺时针方向转动B .垂直于纸面向外平移C .以O 为轴N 极垂直纸面向里,S 极垂直纸面向外D .在纸平面内将条形磁铁向右平移().如图所示,一根直导线穿过圆环a 的对称轴和圆环b 的中心轴线,三者互相绝缘,当导线中的电流突然变小时,下列说法中正确的是19.22. 一闭合线圈中没有产生感应电流,则()A.该时该处的磁感应强度一定为零B.该时该处的磁场一定没有变化C.线圈面积一定没有变化D.穿过线圈的磁通量一定没有变化23. 闭合矩形线框在足够大的匀强磁场中做以下运动,那么一定能产生感应电流的是().A.以矩形线框的一条边为转轴,在磁场中转动B.以一个顶点为圆心,在磁场中做圆周运动C.保持线框平面与磁场方向垂直并沿垂直于磁场方向做加速运动D.保持线框平面与磁场垂直且增大线框的面积24. 如图所示,绕在铁芯上的线圈、电源、滑动变阻器和开关组成闭合电路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列情况中铜环A中没.有感应电流的是()A.线圈中通以恒定的电流B.通电时,使滑动变阻器的滑片P做匀速滑动C.将开关S突然断开的瞬间D.通电时,使滑动变阻器的滑片P做加速滑动25. 如图所示,一根导体棒沿竖直放在匀强磁场中的光滑金属导轨下滑,而串联在框架中的灵敏电流计G的指针未发生偏转,则可以断定磁场方向().A.一定沿竖直方向B.一定沿水平方向,且与棒平行C.一定沿水平方向,且与棒垂直D.以上说法都不正确26. 若某处的地磁场为匀强磁场,一同学在该处手拿矩形线圈面向南方,如图所示,则能够使线圈中产生感应电流的操作是().A.上下移动线圈B.南北移动线圈C.东西移动线圈D.将线圈转至水平27. 关于感应电流,下列说法中正确的是().A.只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生B.穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生C.线框不闭合时,即使穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中也没有感应电流产生D.只有电路本身在磁场中且穿过闭合电路的磁通量发生变化时,电路中才能有感应电流产生28. 如图所示,线圈A在从条形磁铁上端穿入、从条形磁铁下端穿出的过程中,关于线圈中感应电流的说法正确的是()A.线圈中始终没有感应电流B.线圈中始终有感应电流C.进入磁场和穿出磁场时线圈中有感应电流,在磁铁中部时没有感应电流D.无法确定29. 如图所示,一金属圆形闭合线圈在一个很大的匀强磁场中,下列变化中能产生感应电流的是().A.线圈向右匀速运动B.线圈向右加速运动C.将线圈由圆形拉成正方形D.线圈绕线圈上任意一点在自身平面内匀速转动30. 如图所示,有两个在同一平面内的圆形导线框A、B,则下列情况能使导线框B中产生感应电流的是().A.先闭合,再闭合B.先闭合,再闭合的瞬间C.、都闭合时D.将、都闭合,先断开,再断开31. 如图所示,线圈A从马蹄形磁铁N极穿入,从马蹄形磁铁S极穿出过程中,关于线圈中感应电流的说法正确的().A.穿过线圈的磁通量不变,线圈中没有感应电流B.穿过线圈的磁通量增加,线圈中有感应电流C.穿过线圈的磁通量减小,线圈中有感应电流D.穿过线圈的磁通量先增加,在磁铁中部时穿过线圈的磁通量最大,最后穿过线圈的磁通量减小,故线圈中的感应电流经历“有一没有一有”三个过程32. 甲、乙两个线圈放置的位置及电路连接情况如图所示,甲线圈经历以下过程:(1)首先接通S;(2)然后将甲向虚线位置移动;(3)又让甲在虚线位置停留;(4)最后断开S,则().三、解答题四、多选题A .所有过程中,乙线圈内均有感应电流B .只有(1)、(4)过程中,乙线圈内有感应电流C .只有(1)、(2)、(4)过程中,乙线圈内有感应电流D .由于甲线圈没有放在乙线圈里,所以乙线圈内始终没有感应电流33. 如图所示,一闭合金属环从条形磁铁的左端N 极附近穿过条形磁铁到达S极附近过程中,金属环中磁通量怎么变,金属环中有无感应电流?34. 如图所示,矩形线圈与磁场垂直,且一半在匀强磁场内,一半在匀强磁场外。
第十一章电磁感应习题1选择题11.1.在一线圈回路中,规定满足如图所示的旋转方向时,电动势ε , 磁通量Φ为正值。
若磁铁沿箭头方向进入线圈,则有()(A) dΦ /dt < 0, ε < 0 .(B) dΦ /dt > 0, ε < 0 .(C) dΦ /dt > 0, ε > 0 .(D) dΦ /dt < 0, ε > 0 .解 B 习题11.18图 111.2一金属圆环旁边有一带负电荷的棒,棒与环在同一平面内,开始时相对静止;后来棒忽然向下运动,如图所示,设这时环内的感应电动势为ε ,感应电流为 I,则()(A)ε=0, I=0(B)ε≠0,I=0(C)ε≠0,I≠0 , I为顺时针方向(D)ε≠0,I≠0 ,I 为逆时针方向解(C)习题11.2图11.3一矩形线框长为a 宽为b ,置于均匀磁场中,线框绕OO' 轴,以匀角速度ω 旋转(如图所示).设t=0 时,线框平面处于纸面内,则任一时刻感应电动势的大小为()(A)2abBcosωtB(B)ωabB(C)ωabBcosωt2习题11.3图(D)ωabBcosωt解(D)11.4在尺寸相同的铁环和铜环所包围的面积中穿过相同变化率的磁通量,则两环中()(A)感应电动势相同,感应电流相同(B)感应电动势不同,感应电流不同(C)感应电动势相同,感应电流不同(D)感应电动势不同,感应电流相同解 C11.5 半径R的圆线圈处于极大的均匀磁场B中,B垂直纸面向里,线圈平面与磁场垂直,如果磁感应强度为 B=3t+2t+1,那么线圈中感应电场为() 2(A)2π(3t+1)R2,顺时针方向(B)2π(3t+1)R2,逆时针方向(C)(3t+1)R ,顺时针方向(D)(3t+1)R ,逆时针方向解(D)11.6面积为S和2S的两圆线圈1、2如图放置,线圈1中通有电流通有I,线圈2中通有电流2I。
线圈1的电流所产生的通过线圈2的磁通量用Φ21表示,线圈2的电流所产生的通过线圈1的磁通量用Φ12表示,则Φ21和Φ12的大小关系为()(A) Φ21=2Φ12 (B) Φ21=1Φ12 22S(C) Φ21=Φ12 (D) Φ21>Φ12习题11.6图解(B)2填空题11.7通过垂直于线圈平面的磁通量随时间变化的规律为Φm=6t2+7t+1,式中Φm 的单为Wb,试问当t=2.0s时,线圈中的感应电动势为__________________.解 31V11.8半径为a的无限长密绕螺线管,单位长度上的匝数为n,通以交变电流I=Imsinωt,则围在管外的同轴圆形回路(半径为r)上的感生电动势大小为。
解μ0nπa2ωImcosωt11.9一半径为 a的金属圆盘,放在磁感应强度为B 的磁场中,enB B与盘面法线 en的夹角为θ,如图所示.当这圆盘以每秒n圈的转速绕它的几何轴旋转时,盘中心与边缘的电势差为__________________.习题11.9图2解πnBacosθ11.10一空心直螺线管长为0.4m,横截面积为2cm2,共2000匝,则自感L=__________。
解8π⨯10H11.11无限长密绕直螺线管通以电流I ,内部充满均匀、各向同性的磁介质,磁导率为μ。
管上单位长度绕有n匝导线,则管内的磁感应强度为____________________,内部的磁能密度为___________________________。
解μnI , -4 122μnI 211.12两长直螺线管同轴并套在一起,半径分别为R1和R2(R2>R1),匝数分别为N1和N2,长度均为l(l R1,l R2)。
略去端缘效应,它们之间的互感系数__________________。
解M=πμ0N1N2R123 计算题11.13一半径r=10cm 的圆形回路放在B=0.8T的均匀磁场中.回路平面与B垂直.当回路半径以恒定速率dr-1 =80cm·s收缩时,求回路中感应电动势的大小. dt解: 回路磁通Φm=BS=Bπr2感应电动势大小ε=11.14有一无限长螺线管,单位长度上线圈的匝数为n,在管的中心放置一绕了N 圈、半径为r的圆形小线圈,其轴线与螺线管的轴线平行,设螺线管内电流变化率为dI/dt,求小线圈中的感应电动势.解:长螺线管内B=μ0nI穿过小线圈的磁链数ψ=NBS=μ0nπr2I由电磁感应定律dΦmddr=(Bπr2)=B2πr=0.40 V dtdtdtεi=-dψdI=-μ0Nnπr2 dtdt11.15 如图所示,用一根硬导线弯成半径为r的一个半圆.令这半圆形导线在磁场中以频率f绕图中半圆的直径旋转.整个电路的电阻为R.求:感应电流的最大值.解:πr2Φm=B⋅S=Bcos(ωt+ϕ0)2习题11.15图dΦmBπr2ωεi=-=sin(ωt+ϕ0)dt2 22BπrωBπrεim==2πf=π2r2Bf22π2r2Bf= Im= RRεim11.16一匝数N=200的线圈,通过每匝线圈的磁通量(1)任意时刻线圈感应电动势的大小;(2)在时,线圈内的感应电动势的大小。
,求:解(1)ε = N×dφ/dt = 0.4πcos10πt (2) t = 10s时ε = 0.4πcos100π = 0.4π = 1.2 v11.17 导线ab长为l,绕过o点的垂直轴以匀角速ω转动,ao=转轴,如图所示.试求:(1)ab两端的电势差;(2)a,b两端哪一点电势高?解:(1)在Ob上取r→r+dr一小段则εOb=2l30l,磁感应强度B平行于3习题11.17图⎰ωrBdr=l302Bω2l 方向O→b 91Bωl2 方向O→a 18同理εOa=εab=εaO+εOb=(-(2) b点电势高.⎰ωrBdr=121+)Bωl2=Bωl2 方向a→b 189611.18如图,有一弯成角的金属架COD放在均匀磁场中,磁感应强度B的方向垂直于金属架COD所在的平面,且B不随时间改变。
有一导体杆MN垂直于OD 边,并在金属架上以恒定速度v向右运动,v与MN垂直。
设t=0时,X=0,求框架内的感应电动势εi。
v2t2tanθ解Φm=BS=B2dΦmεi==Bv2ttanθdtD习题11.18图11.19在通有电流 I 的无限长载流直导线旁,在右侧距离为a处垂直放置一长为 L 以速度v 向上运动的导体棒,求导体棒中产生的动生电动势。
解dε=vBdrI1ε=⎰dε=⎰a+Lavμ0IvμIa+L=0ln 方向向左2πr2πra习题11.19图11.20如图所示,在距长直电流I为d处有一直导线ab,其长为l,与电流共面,图中倾角为,导线以速度v向上平动,求导线上的动生电动势。
μI解在直导线上取线元dl,该处磁场B=0,方向向内,线元2πrdl上有一个微元电动势,由于,故,I方向指向a端。
导线上的电动势为各微元电动势的串联,故方向为b →a方向。
习题11.20图11.21如图所示,长度为2b的金属杆位于两无限长直导线所在平面的正中间,并以速度v平行于两直导线运动.两直导线通以大小相等、方向相反的电流I,两导线相距2a.试求:金属杆两端的电势差及其方向.解:在金属杆上取dr距左边直导线为r,则εAB a+bμIv1-μ0Iva+b1 =⎰(v⨯B)⋅dl=⎰-0(+)dr=ln Aa-b2πr2a-rπa-bB∵ εAB<0∴实际上感应电动势方向从B→A,即从图中从右向左,∴ UAB=11.22 半径为R的直螺线管中,有习题11.21图μ0Iva+bln πa-bdB>0的磁场,一任意闭合导线abca,一部分在螺线管dt内绷直成ab弦,a,b两点与螺线管绝缘,如图所示.设ab=R,试求:闭合导线中的感应电动势.解:如图,闭合导线abca内磁通量πR2R2Φm=B⋅S=B(-)64πR22dB-R)∴εi=-( 64dt∵ dB>0 dt∴εi<0,即感应电动势沿acba,逆时针方向.11.23 磁感应强度为B的均匀磁场充满一半径为R的圆柱形空间,一金属杆放在图中位置,杆长为2R,其中一半位于磁场内、另一半在磁场外.当大小和方向. dB>0时,求:杆两端的感应电动势的dt解:∵ εac=εab+εbc习题11.23图εab=-εabdΦ1d32RdB =-[-RB]=dtdt44dtdΦ2dπR2πR2dB=-=-[-B]= dtdt1212dt∴ εac∵ R2πR2dB =[+]412dtdB>0 dt∴ εac>0即ε从a→c11.24如图所示,长直导线和矩形线圈共面,AB边与导线平行,, b=30cm,l=20cm。
a=10cm(1)若长直导线中的电流I在1s内均匀地从10A降为零,则线圈ABCD中的感应电动势的大小和方向如何?(2)求长直导线和线圈的互感系数。
( ln3 = 1.1 ) μI解dΦ=0⋅ldx 2πxbμIldxμIlΦ=⎰0⋅=0ln3 a2πx2πμldΦdIε=-=-0ln3⋅=4.4⨯10-7V 方向为顺时针方向dt2πdtΦμlM==0ln3=4.4⨯10-8H I2π习题11.24图-4211.25在平均半径为0.100 m,横截面积为 6.00⨯10m的钢圆环上,均匀密绕线圈200匝,当线圈中通有0.600 A电流时,测得线圈的自感系数为0.038 H.试求在此使用条件下钢环中的磁场强度和磁导率各为多少?解H=nI=200⨯0.6=191A⋅m-12π⨯0.1ΦN BSLI0.038⨯0.6L==,故B==T=0.19T IINS200⨯6⨯10-4B0.19μ==A⋅m-1=9.95⨯10-4A⋅m-1 H19111.26一圆形线圈由50匝表面绝缘的细导线绕成,圆面积为S=4.0cm2 ,放在另一个半径为R=20cm 的大圆线圈中心,两者共轴,如图所示.大线圈由100匝表面绝缘的导线绕成.(1)求这两个线圈的互感;(2)当大线圈导线中的电流每秒减少50 A时,求小线圈中的感应电动势.习题11.26图解(1)大线圈导线中的电流为时,在中心产生的磁感强度为B=μ0NI2R通过小线圈的磁通匝链数为:ψ21=nBS=nμ0NI2RS4π⨯10-7⨯50⨯100M==S=⨯4.0⨯10-4H -2I2R2⨯20⨯10ψ21μ0nN=6.3⨯10-6H=6.3 μH dI=-6.3⨯10-6⨯(-50)V=3.1⨯10-4Vdt εi=-M11.27两条很长的平行输电线,相距为l ,载有大小相等而方向相反的电流I=I0cosωt ;旁边有一长为a、宽为b 的矩形线圈,它们在同一平面内,长边与输电线平行,到最近一条的距离为d ,如图所示.求线圈中的磁通量Φ和感应电动势εi.解设通过线圈的磁通量为Φ ,则μIcosωt⎛11⎫ dΦ=B⋅dS=BdS=00 -⎪adr2π⎝r1r2⎭习题11.27图Φ=μ0aI0cosωt⎛2π ⎰d⎝d+bl+d+bdr⎫dr-⎰⎪ l+drr⎭=μ0aI0cosωt2πln(d+b)(l+d) dl+d+b 所以εi=-dΦμ0I0ωa(d+b)(l+d)=lnsinωt dt2πdl+d+b11.28有一同轴电缆,由两个非常长的同轴圆筒状导体构成,内外圆筒的厚度均可忽略不计,其半径分别为R1 和R2,两筒间充满相对磁导率为μr 的绝缘磁介质.电缆中沿内外圆筒流过的电流大小均为I 而方向相反,试求空间各处的磁感应强度和电缆每单位长度的自感系数.解在 R1<r<R2区域: H=I2πr,B=μ0μrI2πr其他区域H=B=通过单位长度电流回路所得平面的磁通为Φ=⎰R2μ0μrIdr2πrR1=μ0μrI2πlnR2 R1L=μ0μr2πlnR2 R111.29 一无限长的直导线和一正方形的线圈如图所示放置(导线与线圈接触处绝缘).求:线圈与导线间的互感系数.解:习题11.29图设长直电流为I,其磁场通过正方形线圈的互感磁通为Φ12=2a3a3μ0Ia2πrdr=μ0Ia2πln2∴ M=Φ12I=μ0a2πln211.30一无限长圆柱形直导线,其截面各处的电流密度相等,总电流为I.求:导线内部单位长度上所储存的磁能.(导线的磁导率为μ0)解:在r<R时B=μ0Ir2πR2μ0I2r2B2∴ wm= =242μ08πR取dV=2πrdr(∵导线长l=1)RR则 W=⎰0wm2πrdr=⎰μ0I2r3dr4πR40=μ0I216π11.31设有半径R=0.2m的平行平板电容器,两板之间为真空,板间距离d=0.5cm,以恒定电流I=2A对电容器充电。