电磁感应精讲精练电磁感应全章综合练习 含答案文档格式.docx
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时,回路中感应电流最大
C.当ab棒自南向北经过最低点时,安培力的方向与水平向南的方向成45°
斜向下
D.在ab棒运动过程中,不断有磁场能转化为电场能
选C.当ab棒自南向北经过最低点时,由右手定则知电流方向自东向西,故A错误;
当ab运动方向与B方向垂直时感应电流最大,当链条偏南与竖直方向成45°
时,ab运动方向(沿圆轨迹的切线方向)与磁场方向平行,此时感应电流为零,最小,故B错误;
当ab棒自南向北经过最低点时,由左手定则知安培力的方向与水平向南的方向成45°
斜向下,C正确;
在ab棒运动过程中,不断有机械能转化为电场能,故D错误.
4.如图甲所示,线圈ABCD固定于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,当磁场变化时,线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示,则磁场的变化情况可能是下列选项中的( )
选D.由题意可知,安培力的方向向右,根据左手定则,可知:
感应电流的方向由B到A,再由右手定则可知,当垂直向外的磁场在增加时,会产生由B到A的感应电流,由法拉第电磁感应定律,结合闭合电路欧姆定律,则安培力的表达式F=B
,因安培力的大小不变,则B
是定值,若磁场B增大,则
减小,若磁场B减小,则
增大,故D正确,A、B、C错误.
5.如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长la=3lb,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则( )
A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流
B.a、b线圈中感应电动势之比为9∶1
C.a、b线圈中感应电流之比为3∶4
D.a、b线圈中电功率之比为3∶1
选B.根据楞次定律可知,两线圈内均产生逆时针方向的感应电流,选项A错误;
因磁感应强度随时间均匀增大,则
=k,根据法拉第电磁感应定律可知E=n
=n
l2,则
=
2=
,选项B正确;
根据I=
∝l,故a、b线圈中感应电流之比为3∶1,选项C错误;
电功率P=IE=
·
n
l2=
∝l3,故a、b线圈中电功率之比为27∶1,选项D错误;
故选B.
6.如图所示是法拉第做成的世界上第一台发电机模型的原理图.将铜盘放在磁场中,让磁感线垂直穿过铜盘;
图中a、b导线与铜盘的中轴线处在同一竖直平面内;
转动铜盘,就可以使闭合电路获得电流.若图中铜盘半径为L,匀强磁场的磁感应强度为B,回路总电阻为R,从上往下看逆时针匀速转动铜盘的角速度为ω.则下列说法正确的是( )
A.回路中有大小和方向周期性变化的电流
B.回路中电流大小恒定,且等于
C.回路中电流方向不变,且从b导线流进灯泡,再从a导线流向旋转的铜盘
D.若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜盘的正弦变化的磁场,不转动铜盘,灯泡中一定有电流流过
选BC.据题意,当盘转动后,由右手定则可以确定电流流向盘的中心,从b端流出到达a端,故选项A错误;
所产生的电动势大小为:
E=BLv=BL
,则产生的电流大小为:
I=
,故B选项正确;
根据右手定则判断电流方向,电流为b到a,所以C正确;
如果将匀强磁场改成变化的磁场,铜盘不转动的话,没有导体切割磁场,回路中不会产生感应电流,故D选项错误.
7.如图所示的电路中,电感L的自感系数很大,电阻可忽略,D为理想二极管,则下列说法正确的有( )
A.当S闭合时,L1立即变亮,L2逐渐变亮
B.当S闭合时,L1一直不亮,L2逐渐变亮
C.当S断开时,L2立即熄灭
D.当S断开时,L1突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭
选BD.当S闭合时,因二极管加上了反向电压,故二极管截止,L1一直不亮;
通过线圈的电流增加,感应电动势阻碍电流增加,故使得L2逐渐变亮,选项B正确,A错误;
当S断开时,由于线圈自感电动势阻碍电流的减小,故通过L的电流要在L2-L1-D-L之中形成新的回路,故L1突然变亮,然后逐渐变暗至熄灭,选项C错误,D正确;
故选B、D.
8.如图所示,两根光滑、足够长的平行金属导轨固定在水平面上.滑动变阻器接入电路的电阻值为R(最大阻值足够大),导轨的宽度L=0.5m,空间有垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度的大小B=1T.内阻r=1Ω的金属杆在F=5N的水平恒力作用下由静止开始运动.经过一段时间后,金属杆的速度达到最大速度vm,不计导轨电阻,则有( )
A.R越小,vm越大
B.金属杆的最大速度大于或等于20m/s
C.在金属杆达到最大速度之前,恒力F所做的功等于电路中消耗的电能
D.金属杆达到最大速度后,金属杆中电荷沿杆长度方向定向移动的平均速率ve与恒力F成正比
选BD.当导体棒达到最大速度时满足F=F安;
则F=B
L,解得vm=
,可知R越大,vm越大,选项A错误;
金属杆的最大速度vm=
=20(1+R)m/s,则金属杆的最大速度大于或等于20m/s,选项B正确;
在金属杆达到最大速度之前,恒力F所做的功等于电路中消耗的电能与导体棒动能增量之和,选项C错误;
金属杆达到最大速度后导体棒中的电流I=
,则I=neSve,则ve=
,故金属杆达到最大速度后,金属杆中电荷沿杆长度方向定向移动的平均速率ve与恒力F成正比,选项D正确;
二、非选择题(共4小题,52分)
9.(12分)很多人喜欢到健身房骑车锻炼,某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置,如图所示.自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中,后轮圆形金属盘在磁场中转动时,可等效成一导体棒绕圆盘中心O转动.已知磁感应强度B=0.5T,圆盘半径l=0.3m,圆盘电阻不计.导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心O相连,导线两端a、b间接一阻值R=10Ω的小灯泡.后轮匀速转动时,用电压表测得a、b间电压U=0.6V.
(1)与a连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱?
(2)圆盘匀速转动10分钟,则此过程中产生了多少电能?
(3)自行车车轮边缘线速度是多少?
(1)根据右手定则,轮子边缘点是等效电源的负极,则a点接电压表的负接线柱
(2)根据焦耳定律Q=
t
代入数据得Q=21.6J
(3)由U=E=
Bl2ω得v=lω=8m/s
答案:
(1)负
(2)Q=21.6J (3)v=8m/s
10.(12分)如图所示,平行光滑U形导轨倾斜放置,倾角θ=30°
,导轨间的距离L=1.0m,电阻R=R1=3.0Ω,电容器电容C=2×
10-8F,导轨电阻不计,匀强磁场的方向垂直于导轨平面向上,磁感应强度B=2.0T,质量m=0.4kg,电阻r=1.0Ω的金属棒ab垂直置于导轨上,现用沿轨道平面且垂直于金属棒的大小F=5.0N的恒力,使金属棒ab从静止起沿导轨向上滑行,求:
(1)金属棒ab达到匀速运动时的速度大小(g=10m/s2);
(2)金属棒ab从静止开始到匀速运动的过程中通过电阻R1的电荷量.
(1)当金属棒匀速运动时,由力的平衡条件得:
F=mgsin30°
+BIL求得:
I=1.5A.
由闭合电路欧姆定律得:
联立以上方程解得金属棒匀速运动的速度大小为:
v=3m/s.
(2)当金属棒匀速运动时,电容器两端的电压
U=IR=4.5V
电容器极板上聚集的电荷量Q=CU=9×
10-8C,
所以通过R1的电荷量Q′=Q=9×
10-8C
(1)v=3m/s
(2)9×
10-8C
11.(12分)如图所示,水平放置的三条光滑平行金属导轨a,b,c,相距均为d=1m,导轨ac间横跨一质量为m=1kg的金属棒MN,棒与导轨始终良好接触.棒的总电阻r=2Ω,导轨的电阻忽略不计.在导轨bc间接一电阻为R=2Ω的灯泡,导轨ac间接一理想电压表.整个装置放在磁感应强度B=2T匀强磁场中,磁场方向垂直导轨平面向下.现对棒MN施加一水平向右的拉力F,使棒从静止开始运动,已知施加的水平外力功率恒定,经过t=1s时间棒达到稳定时速度3m/s.试求:
(1)金属棒达到稳定时施加水平恒力F为多大?
水平外力F的功率为多少?
(2)金属棒达到稳定时电压表的读数为多少?
(3)此过程中灯泡产生的热量是多少?
(1)当F=F安时,金属棒速度达到稳定,
则F安=BId
,联立得F=4N,P=Fv=12W.
(2)设电压表的读数为U,则有U=Bdv+UL
UL=
R,代入数据得U=10V.
(3)设小灯泡和金属棒产生的热量分别为Q1、Q2,根据焦耳定律得知:
.
由功能关系得:
Pt=Q1+Q2+
mv2,代入数据得Q1=5J.
(1)F=4N P=12W
(2)U=10V
(3)Q1=5J
12.(16分)如图甲所示,斜面的倾角α=30°
,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长L1=1m,bc边的边长L2=0.6m,线框的质量m=1kg,线框的电阻R=0.1Ω,线框受到沿斜面向上的恒力F的作用,已知F=15N,线框与斜面间的动摩擦因数μ=
.线框的边ab∥ef∥gh,斜面的efhg区域有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙的B-t图象所示,时间t是从线框由静止开始运动起计时的.如果线框从静止开始运动,进入磁场最初一段时间是匀速的,ef线和gh线的距离x=5.1m,取g=10m/s2.求:
(1)线框进入磁场前的加速度a;
(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v;
(3)在丙图中画出线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线过程的v-t图象;
(4)线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热Q.
(1)线框进入磁场前,线框受到线框的重力、拉力F、斜面的支持力和斜面对线框的摩擦力作用,由牛顿第二定律:
F-mgsinα-μmgcosα=ma
得线框进入磁场前的加速度a=5m/s2.
(2)因为线框进入磁场的最初一段时间做匀速运动,ab边进入磁场切割磁感线,产生的电动势E1=BL1v
形成的感应电流I1=
受到沿斜面向下的恒定的安培力F安=BI1L1
线框受力平衡,有F=mgsinα+μmgcosα+F安
此时磁感应强度必恒定不变B=0.5T,
代入数据解得v=2m/s.
(3)线框abcd进入磁场前做匀加速直线运动,进入磁场前的运动时间
t1=
=0.4s
进入磁场过程中线框做匀速运动的时间t2=
=0.3s.
线框完全进入磁场后至运动到gh线,线框受力情况与进入磁场前相同,仍做匀加速直线运动,所以该阶段的加速度大小仍为a=5m/s2,该过程有x-l2=vt3+
at
,解得t3=1s
线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线过程的v-t图象如图;
(4)线框整体进入磁场后,ab边运动到gh线的过程中,线框中有感应电流的时间
t4=t1+t2+t3-0.9s=0.8s
E2=
V=0.25V
此过程产生的焦耳热Q2=
t4=0.5J.
线框匀速进入磁场过程中产生的焦耳热Q1=I
Rt2=3J
线框从静止开始运动直至ab边运动到gh线的过程中产生的焦耳热Q=Q1+Q2=3.5J
(1)5m/s2
(2)2m/s (3)如图 (4)3.5J
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