灌南高手的高中物理法拉第电磁感应定律2Word文档下载推荐.docx
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3.如图所示是世界上早期制作的发电机及电动机的实验装置,A盘和B盘分别是两个可绕固定转轴转动的铜盘,实验时用导线将A盘的中心和B盘的边缘连接起来,用另一根导线将B盘的中心和A盘的边缘连接起来.当A盘在外力作用下转动起来时,B盘也会转动.则下列说法中正确的是( A )
A.不断转动A盘使得铜盘沿径向排列的无数根铜条作切割磁感线运动,产生感应电动势并获得持续电流
B.不断转动A盘使得铜盘盘面上无数个同心圆环中的磁通量发生变化,产生感应电动势并获得持续电流
C.当A盘顺时针转动时,B盘逆时针转动,A盘中心的电势比盘边缘高
D.当A盘顺时针转动时,B盘也顺时针转动,A盘中心的电势比盘边缘低
4.如图所示,有一用铝板制成的U形框,将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在框中,使整体在匀强磁场中沿垂直于磁场方向向左以速度v匀速运动,悬线中的拉力为FT,则( A )
A.悬线竖直,FT=mgB.悬线竖直,FT>mg
C.悬线竖直,FT<mgD.无法确定FT的大小和方向
5.半径为r带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接,两板间距为d,如图1所示.有一变化的磁场垂直于纸面,规定向内为正,变化规律如图2所示.在t=0时刻平板之间中心有一重力不计,电荷量为q的静止微粒,则以下说法正确的是( A )
A.第2秒内上极板为正极
B.第3秒内上极板为负极
C.第2秒末微粒回到了原来位置
D.第3秒末两极板之间的电场强度大小为
6.英国物理学家麦克斯韦认为,磁场变化时会在空间激发感生电场.如图所示,一个半径为r的绝缘体圆环水平放置,环内存在竖直向上的匀强磁场B,环上套一带电荷量为+q的小球.已知磁感应强度B随时间均匀增加,其变化率为k,若小球在环上运动一周,则感生电场对小球的作用力所做功的大小是( D )
A.0B.
r2qkC.2πr2qkD.πr2qk
7.如图所示,abcd为水平放置的平行“⊂”形光滑金属导轨,间距为l,导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,导轨电阻不计,已知金属杆MN倾斜放置,与导轨成θ角,单位长度的电阻为r,保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好).则( B )
A.电路中感应电动势的大小为
B.电路中感应电流的大小为
C.金属杆所受安培力的大小为
D.金属杆的热功率为
二.填空题(共1小题)
8.在操场上,两同学相距L为10m左右,在东偏北、西偏南11°
的沿垂直于地磁场方向的两个位置上,面对面将一并联铜芯双绞线,象甩跳绳一样摇动,并将线的两端分别接在灵敏电流计上.双绞线并联后的电阻R为2Ω,绳摇动的频率配合节拍器的节奏,保持f=2Hz.如果同学摇动绳子的最大圆半径h=1m,电流计的最大值I=3mA.
(1)磁感应强度的数学表达式B= .(用R,I,L,f,h等已知量表示)试估算地磁场的磁感应强度的数量级 T.
(2)将两人的位置改为与刚才方向垂直的两点上,那么电流计的读数 .
三.多选题(共3小题)
9.下列说法中正确的是( AC )
A.动生电动势是洛仑兹力对导体中自由电荷做功而引起的
B.因为洛仑兹力对运动电荷始终不做功,所以动生电动势不是由洛伦兹力而产生的
C.动生电动势的方向可以由右手定则来判定
D.导体棒切割磁感线产生感应电流,受到的安培力一定与受到的外力大小相等,方向相反
10.如图所示,一个闭合电路静止于磁场中,由于磁场强弱的变化,而使电路中产生了感应电动势,下列说法中正确的是( AC )
A.磁场变化时,会在空间激发一个电场
B.使电荷定向移动形成电流的力是磁场力
C.使电荷定向移动形成电流的力是电场力
D.假如磁场变强,则俯视时感应电流方向为逆时针
11.如图所示,半径为r且水平放置的光滑绝缘的环形管道内,有一个电荷量为e,质量为m的电子.此装置放在匀强磁场中,其磁感应强度随时间变化的关系式为B=B0+kt(k>0).根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的磁场将产生稳定的电场,该感应电场对电子将有沿圆环切线方向的作用力,使其得到加速.设t=0时刻电子的初速度大小为v0,方向顺时针,从此开始后运动一周后的磁感应强度为B1,则此时电子的速度大小为( AB )
A.
B.
C.
D.
四.计算题(共1小题)
12.如图所示,粗细均匀的金属环的电阻为R,可绕轴O转动的金属杆OA的电阻为
,杆长为l,A端与环相接触,一电阻为
的定值电阻分别与杆的端点O及环边缘连接.杆OA在垂直于环面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场中,以角速度ω顺时针转动.求电路中总电流的变化范围.
五.解答题(共13小题)
13.电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的.在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室,用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场,从而在环形室内产生很强的电场,使电子加速.被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动.设法把高能电子引入靶室,能使其进一步加速.在一个半径为r=0.84m的电子感应加速器中,电子在被加速的4.2ms内获得的能量为120MeV.这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的,磁通量从零增到1.8Wb,求电子共绕行了多少周?
14.如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根导轨每米的电阻为r0=0.10Ω/m,导轨的端点P、Q用电阻可以忽略的导线相连,两导轨间的距离l=0.20m.有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt,比例系数k=0.020T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦低滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直.在t=0时刻,金属杆紧靠在P、Q端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t=6.0s时金属杆所受的安培力.
15.如图所示.固定在水平桌面上的金属框架cdef,处在竖直向下匀强磁场中,金属棒ab搁在框架上,可无摩擦滑动,此时abed构成一个边长为L的正方形,棒的电阻为r,其余部分电阻不计,开始时磁感应强度为B0.
(1)若从t=0时刻起,磁感应强度B均匀增加,每秒增量为k,同时保持棒静止,求棒中的感应电流,在图上标出感应电流的方向;
(2)在上述
(1)情况中,棒始终保持静止,当t=t1秒时需加的垂直于水平拉力为多大?
(3)若从t=0时刻起,磁感应强度B逐渐减小,当棒以恒定速度v向右做匀速运动时,可使棒中不产生感应电流.则磁感应强度B应怎样随时间t变化?
(写出B与t的关系式)
16.据报道,1992年7月,美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验,实验取得了部分成功.航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处由东向西飞行,相对地面速度大约6.5×
103m/s,从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星,携带一根长20km,电阻为800Ω的金属悬绳,使这根悬绳与地磁场垂直,做切割磁感线运动.假定这一范围内的地磁场是均匀的,磁感应强度为4×
10﹣5T,且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同.根据理论设计,通过电离层(由等离子体组成)的作用,悬绳可以产生约3A的感应电流,试求:
(1)金属悬绳中产生的感应电动势;
(2)悬绳两端的电压;
(3)航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能(已知地球半径为6.4×
103km).
17.如图所示,在磁感强度B=2T的匀强磁场中,有一个半径r=0.5m的金属圆环.圆环所在的平面与磁感线垂直.OA是一个金属棒,它沿着顺时针方向以20rad/s的角速度绕圆心O匀速转动.A端始终与圆环相接触OA棒的电阻R=0.1Ω,图中定值电阻R1=100Ω,R2=4.9Ω,电容器的电容C=100pF.圆环和连接导线的电阻忽略不计,求:
(1)电容器的带电量.哪个极板带正电.
(2)电路中消耗的电功率是多少?
18.如图甲,在圆柱形区域内存在一方向竖直向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在此区域内,沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管,环心O在区域中心.一质量为m、带电荷量为q(q>0)的小球,在管内沿逆时针方向(从上向下看)做圆周运动.已知磁感应强度大小B随时间t的变化关系如图乙所示,其中T0=
.设小球在运动过程中电荷量保持不变,对原磁场的影响可忽略.
(1)在t=0到t=T0这段时间内,小球不受细管侧壁的作用力,求小球的速度大小v0;
(2)在竖直向下的磁感应强度增大过程中,将产生涡旋电场,其电场线是在水平面内一系列沿逆时针方向的同心圆,同一条电场线上各点的场强大小相等.试求t=T0到t=1.5T0这段时间内:
①细管内涡旋电场的场强大小E;
②电场力对小球做的功W.
19.一有界匀强磁场区域如图所示,质量为m,电阻为R,半径为r的圆形线圈一半在磁场内,一半在磁场外,t=0时磁感应强度为B,以后均匀减小直至零,磁感应强度的变化率
为一常数k,线圈中产生感应电流,在磁场力作用下运动,不考虑重力影响.求
(1)t=0时刻线圈的加速度.
(2)线圈最后做匀速直线运动时回路中的电功率.
20.如图(a)所示,在垂直于匀强磁场B的平面内,半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴转动,圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接,电路中的P是加上一定正向电压才能导通的电子元件.流过电流表的电流I与圆盘角速度ω的关系如图(b)所示,其中ab段和bc段均为直线,且ab段过坐标原点.ω>0代表圆盘逆时针转动.已知:
R=3.0Ω,B=1.0T,r=0.2m.忽略圆盘、电流表和导线的电阻.
(1)根据图(b)写出ab、bc段对应I与ω的关系式;
(2)求出图(b)中b、c两点对应的P两端的电压Ub、Uc;
(3)分别求出ab、bc段流过P的电流Ip与其两端电压Up的关系式.
21.如图(a)所示,一端封闭的两条平行光滑导轨相距L,距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧,导轨左右两段处于高度相差H的水平面上.圆弧导轨所在区域无磁场,右段区域存在磁场B0,左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B(t),如图(b)所示,两磁场方向均竖直向上.在圆弧顶端,放置一质量为m的金属棒ab,与导轨左段形成闭合回路,从金属棒下滑开始计时,经过时间t0滑到圆弧底端.设金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g.
(1)问金属棒在圆弧内滑动时,回路中感应电流的大小和方向是否发生改变?
为什么?
(2)求0到时间t0内,回路中感应电流产生的焦耳热量.
(3)探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间,回路中感应电流的大小和方向.
22.如图所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场垂直.已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0m、bc=0.5m,电阻r=2Ω.磁感应强度B在0~1s内从零均匀变化到0.2T.在1~5s内从0.2T均匀变化到﹣0.2T,取垂直纸面向里为磁场的正方向.求:
(1)0.5s时线圈内感应电动势的大小E和感应电流的方向;
(2)在1~5s内通过线圈的电荷量q;
(3)在0~5s内线圈产生的焦耳热Q.
23.某同学设计一个发电测速装置,工作原理如图.一个半径为R=0.1m的圆形金属导轨固定在竖直平面上,一根长为R的金属棒0A,A端与导轨接触良好,O端固定在圆心处的转轴上.转轴的左端有一个半径为r=
的圆盘,圆盘和金属棒能随转轴一起转动.圆盘上绕有不可伸长的细线,下端挂着一个质量为m=0.5kg的铝块.在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面向右的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T.a点与导轨相连,b点通过电刷与O端相连.测量a、b两点间的电势差U可算得铝块速度,铝块由静止释放,下落h=0.3m时,测得U=0.15v.(细线与圆盘间没有滑动,金属棒、导轨、导线及电刷的电阻均不计,重力加速度g=10m/s2)
(1)测U时,与A点相接的电压表的“正极”还是“负极”?
(2)求此时铝块的速度大小;
(3)求此下落过程中铝块机械能的损失.
24.如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2m、宽为d=1m的金属“U”型导轨,在“U”型导轨右侧l=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示.在t=0时刻,质量为m=0.1kg的导体棒以v0=1m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动,导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.1,导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ=0.1Ω/m,不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g=10m/s2).
(1)通过计算分析4s内导体棒的运动情况;
(2)计算4s内回路中电流的大小,并判断电流方向;
(3)计算4s内回路产生的焦耳热.
25.如图,水平面内有一光滑金属导轨,其MN、PQ边的电阻不计,MP边的电阻阻值R=1.5Ω,MN与MP的夹角为135°
,PQ与MP垂直,MP边长度小于1m.将质量m=2kg,电阻不计的足够长直导体棒搁在导线上,并与MP平行,棒与MN、PQ交点G、H间的距离L=4m,空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T.在外力作用下,棒由GH处以一定的初速度向左做直线运动,运动时回路中的电流强度始终与初始时的电流强度相等.
(1)若初速度v1=3m/s,求棒在GH处所受的安培力大小FA.
(2)若初速度v2=1.5m/s,求棒向左移动距离2m到达EF所需的时间△t.
(3)在棒由GH处向左移动2m到达EF处的过程中,外力做功W=7J,求初速度v3.
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