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- 2021-05-24 发布
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1.3 探究感应电动势的大小
一、选择题
考点一 对法拉第电磁感应定律的理解
1.将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中,线圈平面与磁场方向垂直,关于线圈中产生的感应电动势,下列表述正确的是 ( )
A.感应电动势的大小与线圈的匝数无关
B.当穿过线圈的磁通量为零时,感应电动势一定为零
C.当穿过线圈的磁通量变化越快时,感应电动势越大
D.感应电动势的大小与磁通量的变化量成正比
答案 C
解析 由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势E=n,即感应电动势与线圈匝数有关,故A错误;同时可知,感应电动势与磁通量的变化率有关,故D错误;穿过线圈的磁通量变化越快,感应电动势越大,故C正确;当穿过线圈的磁通量为零时,磁通量的变化率不一定为零,因此感应电动势不一定为零,故B错误.
2.穿过某单匝闭合回路的磁通量Φ随时间t变化的图像分别如图1中的①~④所示,下列说法正确的是( )
8
图1
A.图①有感应电动势,且大小恒定不变
B.图②产生的感应电动势一直在变大
C.图③在0~t1时间内的感应电动势是t1~t2时间内感应电动势的2倍
D.图④产生的感应电动势先变大再变小
答案 C
解析 感应电动势E=n,而对应Φ-t图像中图线的斜率,根据图线斜率的变化情况可得:①中无感应电动势;②中感应电动势恒定不变;③中感应电动势0~t1时间内的大小是t1~t2时间内大小的2倍;④中感应电动势先变小再变大.
考点二 公式E=n的应用
3.如图2为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为n,面积为S.若在t1到t2时间内,匀强磁场平行于线圈轴线向右穿过线圈,其磁感应强度大小由B1均匀增加到B2,则该段时间线圈两端a和b之间的电势差φa-φb( )
图2
A.恒为
B.从0均匀变化到
C.恒为-
D.从0均匀变化到-
答案 C
解析 根据法拉第电磁感应定律得,感应电动势E=n=n,由楞次定律和右手螺旋定则可判断b点电势高于a点电势,因磁场均匀变化,所以感应电动势恒定,因此a、b两点电势差恒为φa-φb=-n,选项C正确.
4.如图3所示,长为L的金属导线弯成一圆环,导线的两端接在电容为C的平行板电容器上,
8
P、Q为电容器的两个极板,磁场垂直于环面向里,磁感应强度以B=B0+kt(k>0)随时间变化,t=0时,P、Q两板电势相等,两板间的距离远小于环的半径,经时间t,电容器P板( )
图3
A.不带电
B.所带电荷量与t成正比
C.带正电,电荷量是
D.带负电,电荷量是
答案 D
解析 磁感应强度以B=B0+kt(k>0)随时间变化,由法拉第电磁感应定律得:E==S=kS,而S=,经时间t电容器P板所带电荷量Q=EC=;由楞次定律和安培定则知电容器P板带负电,故D选项正确.
5.如图4所示,匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直.磁感应强度B随时间均匀增大.两圆环半径之比为2∶1,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb,不考虑两圆环间的相互影响.下列说法正确的是( )
图4
A.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿逆时针方向
B.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿顺时针方向
C.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿逆时针方向
D.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿顺时针方向
答案 B
解析 由法拉第电磁感应定律得圆环中产生的感应电动势为E==πr2·,则==,由楞次定律可知感应电流的方向均沿顺时针方向,B项对.
6.如图5甲所示,闭合电路由电阻R和阻值为r的环形导体构成,其余电阻不计.环形导体所围的面积为S
8
.环形导体位于一垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示.在0~t0时间内,下列说法正确的是( )
图5
A.通过R的电流方向由B到A,电流大小为
B.通过R的电流方向由A到B,电流大小为
C.通过R的电流方向由B到A,电流大小为
D.通过R的电流方向由A到B,电流大小为
答案 D
解析 原磁场增强,根据楞次定律,感应电流的磁场与原磁场反向,垂直纸面向外,再由安培定则可判定环形电流为逆时针方向,通过R的电流方向由A到B;I=====.故选D.
7.(多选)单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,转轴垂直于磁场,若穿过线圈所围面积的磁通量随时间变化的规律如图6所示,则O~D过程中( )
图6
A.线圈中O时刻感应电动势最大
B.线圈中D时刻感应电动势为零
C.线圈中D时刻感应电动势最大
D.线圈中O至D时间内的平均感应电动势为0.4 V
答案 ABD
解析 由于E=n,为Φ-t图线的斜率,则A、B正确,C错误;线圈中O至D
8
时间内的平均感应电动势=n=1× V=0.4 V.所以D正确.
考点三 公式E=BLv的应用
8.如图7所示,在竖直向下的匀强磁场中,将一个水平放置的金属棒ab以水平初速度v0抛出,设运动的整个过程中不计空气阻力,则金属棒在运动过程中产生的感应电动势大小将( )
图7
A.越来越大 B.越来越小
C.保持不变 D.无法确定
答案 C
9.(多选)如图8所示,一个金属圆环放在匀强磁场中,将它匀速向右拉出磁场,下列说法中正确的是(不计重力)( )
图8
A.环中感应电流的方向是顺时针方向
B.环中感应电流的大小不变
C.所施加水平拉力的大小不变
D.若将此环向左拉出磁场,则环中感应电流的方向是顺时针方向
答案 AD
10.如图9所示,PQRS为一正方形导线框,它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀强磁场中,磁场方向垂直线框平面,MN与线框的边成45°角,E、F分别为PS和PQ的中点.关于线框中的感应电流( )
图9
A.当E点经过边界MN时,感应电流最大
B.当P点经过边界MN时,感应电流最大
8
C.当F点经过边界MN时,感应电流最大
D.当Q点经过边界MN时,感应电流最大
答案 B
解析 当P点经过边界MN时,有效切割长度最长,感应电动势最大,所以感应电流最大.
11.如图10所示,平行导轨间距为d,其左端接一个电阻R,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于平行金属导轨所在平面,一根金属棒与导轨成θ角放置,金属棒与导轨的电阻均不计.当金属棒沿垂直于棒的方向以恒定的速度v在导轨上滑行时,通过电阻R的电流大小是( )
图10
A. B.
C. D.
答案 D
解析 金属棒MN垂直于磁场放置,运动速度v与棒垂直,且v⊥B,即已构成两两相互垂直的关系,MN接入导轨间的有效长度为l=,所以E=Blv=,I==,故选项D正确.
二、非选择题
12.在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中,B=0.2 T,有一水平放置的光滑框架,宽度为l=0.4 m,如图11所示,框架上放置一质量为0.05 kg、接入电路的电阻为1 Ω的金属杆cd,金属杆与框架垂直且接触良好,框架电阻不计.若cd杆以恒定加速度a=2 m/s2由静止开始沿框架做匀变速直线运动,则:
图11
(1)在5 s内平均感应电动势是多少?
(2)第5 s末,回路中的电流多大?
(3)第5 s末,作用在cd杆上的水平外力多大?
答案 (1)0.4 V (2)0.8 A (3)0.164 N
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解析 (1)金属杆5 s内的位移:s=at2=25 m,
金属杆5 s内的平均速度v==5 m/s
(也可用v= m/s=5 m/s求解)
故平均感应电动势E=Blv=0.4 V.
(2)金属杆第5 s末的速度v′=at=10 m/s,
此时回路中的感应电动势:E′=Blv′
则回路中的电流为:
I=== A=0.8 A.
(3)金属杆做匀加速直线运动,则F-F安=ma,
即F=BIl+ma=0.164 N.
13.如图12所示,线框用导线组成,cd、ef两边竖直放置且相互平行,导体棒ab水平放置并可沿cd、ef无摩擦滑动,导体棒ab所在处有匀强磁场且B2=2 T,已知ab长L=0.1 m,整个电路总电阻R=5 Ω.螺线管匝数n=4,螺线管横截面积S=0.1 m2.在螺线管内有如图所示方向磁场B1,若磁场B1以=10 T/s均匀增加时,导体棒恰好处于静止状态,试求:(g=10 m/s2)
8
图12
(1)通过导体棒ab的电流大小;
(2)导体棒ab的质量m大小;
(3)若B1=0,导体棒ab恰沿cd、ef匀速下滑,求棒ab的速度大小.
答案 (1)0.8 A (2)0.016 kg (3)20 m/s
解析 (1)螺线管产生的感应电动势:
E=n=n S ①
得E=4×10×0.1 V=4 V
通过导体棒ab的电流I==0.8 A. ②
(2)导体棒ab所受的安培力F=B2IL=2×0.8×0.1 N=0.16 N ③
导体棒静止时有F=mg ④
解得m=0.016 kg. ⑤
(3)ab匀速下滑时E2=B2Lv ⑥
I′= ⑦
B2I′L=mg ⑧
由⑥⑦⑧得:v=20 m/s.
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