- 973.79 KB
- 2021-05-27 发布
- 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
- 网站客服QQ:403074932
专题10 电磁感应
1.(15江苏卷)某同学探究小磁铁在铜管中下落时受电磁阻尼作用的运动规律,实验装置如题11-1图所示,打点计时器的电源为50Hz的交流电
(1)下列实验操作中,不正确的有________
A.将铜管竖直地固定在限位孔的正下方
B.纸带穿过限位孔,压在复写纸下面
C.用手捏紧磁铁保持静止,然后轻轻地松开让磁铁下落
D.在磁铁下落的同时接通打点计时器的电源
(2)该同学按照正确的步骤进行试验(记为“实验①”),将磁铁从管口处释放,打出一条纸带,取开始下落的一段,确定一合适的点为O点,每隔一个计时点取一个计数点,标为1、2、3…….8,用刻度尺量出各计数点的相邻计时点到O点的距离,记录在纸带上,如题11-2图所示
计算相邻计时点间的平均速度,粗略地表示各计数点的速度,抄入下表,请将表中的数据补充完整
(3)分析上表的实验数据可知:在这段纸带记录的时间内,磁铁运动速度的变化情况是
________;磁铁受到阻尼作用的变化情况是____________.
(4)该同学将装置中的铜管更换为相同尺寸的塑料管,重复上述实验操作(记为实验②),结果表明磁铁下落的运动规律与自由落体运动规律几乎相同,请问实验②是为了说明说明?对比实验①和②的结果得到什么结论?
答案:
(1)CD
(2)39.0
(3)逐渐增大到39.8 cm/ s 逐渐增大到等于重力
(4)为了说明磁铁在塑料管中几乎不受阻尼作用,磁铁在铜管中受到的阻尼作用主要是电磁阻尼作用.
解析:根据速度计算速度.
2.(15北京卷)如图所示,足够长的平行光滑金属导轨水平放置,宽度 L = 0.4 m,一端连接 R=1 Ω 的电阻,导轨所在的空间存在竖直向下的匀强磁场, 磁感应强度B = 1 T, 导体棒 MN 放在导轨上, 其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好.导轨和导体棒的电阻均可忽略不计.在平行于导轨的拉力 F 作用下,导体棒沿导轨向右匀速运动,速度 v = 5 m/s ,求:
( 1 ) 感应电动势 E 和感应电流 I;
( 2 ) 在 0.1 s 时间内,拉力的冲量的大小;
( 3 ) 若将 MN 换为电阻为 r = 1Ω的导体棒,其它条件不变,求导体棒两端的电压 U.
解析:
(1)根据动生电动势公式得E=BLv = 1T ×0.4m ×5m /s =2.0 V ①
故感应电流I= ②
(2)金属棒匀速运动过程中,所受的安培力大小为F安= BIL =0.8N, 因为是匀速直线运动,所以导体棒所受拉力F = F安 = 0.8N ③
所以拉力的冲量 IF =F t=0.8 N× 0.1 s=0.08 ④
导体棒两端电压U= ⑤
3.(15海南卷)如图,空间有一匀强磁场,一直金属棒与磁感应强度方向垂直,当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时,棒两端的感应电动势大小ε,将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折弯,置于磁感应强度相垂直的平面内,当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时,棒两端的感应电动势大小为,则等于( )
A.1/2 B. C.1 D.
答案:B
解析:设折弯前导体切割磁感线的长度为,折弯后,导体切割磁场的有效长度为,故产生的感应电动势为,所以,B正确;
4.(15海南卷)如图,两平行金属导轨位于同一水平面上,相距,左端与一电阻R相连;整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向竖直向下.一质量为m的导体棒置于导轨上,在水平外力作用下沿导轨以速度匀速向右滑动,滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好.已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为,重力加速度大小为g,导轨和导体棒的电阻均可忽略.求
(1)电阻R消耗的功率;
(2)水平外力的大小.
解析:(1)导体切割磁感线运动产生的电动势为,
根据欧姆定律,闭合回路中的感应电流为
电阻R消耗的功率为,联立可得
(2)对导体棒受力分析,受到向左的安培力和向左的摩擦力,向右的外力,三力平衡,故有,,故
5.(15四川卷)18分) 如图所示,金属导轨MNC和PQD,MN与PQ平行且间距为L,所在平面与水平面夹角为α,N、Q连线与MN垂直,M、P间接有阻值为R的电阻;光滑直导轨NC和QD在同一水平面内,与NQ的夹角都为锐角θ.均匀金属棒ab和ef质量均为m,长均为L,ab棒初始位置在水平导轨上与NQ重合;ef
棒垂直放在倾斜导轨上,与导轨间的动摩擦因数为μ(μ较小),由导轨上的小立柱1和2阻挡而静止.空间有方向竖直的匀强磁场(图中未画出).两金属棒与导轨保持良好接触.不计所有导轨和ab棒的电阻,ef棒的阻值为R,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,忽略感应电流产生的磁场,重力加速度为g.
(1)若磁感应强度大小为B,给ab棒一个垂直于NQ、水平向右的速度v1,在水平导轨上沿运动方向滑行一段距离后停止,ef棒始终静止,求此过程ef棒上产生的热量;
(2)在(1)问过程中,ab棒滑行距离为d,求通过ab棒某横截面的电量;
(3)若ab棒以垂直于NQ的速度v2在水平导轨上向右匀速运动,并在NQ位置时取走小立柱1和2,且运动过程中ef棒始终静止.求此状态下最强磁场的磁感应强度及此磁场下ab棒运动的最大距离.
解析:(1)由于ab棒做切割磁感线运动,回路中产出感应电流,感应电流流经电阻R和ef棒时,电流做功,产生焦耳热,根据功能关系及能的转化与守恒有:=QR+Qef ①
根据并联电路特点和焦耳定律Q=I2Rt可知,电阻R和ef棒中产生的焦耳热相等,即QR=Qef ②
由①②式联立解得ef棒上产生的热量为:Qef=
(2)设在ab棒滑行距离为d时所用时间为t,其示意图如下图所示:
该过程中回路变化的面积为:ΔS=[L+(L-2dcotθ)]d ③
根据法拉第电磁感应定律可知,在该过程中,回路中的平均感应电动势为:
= ④
根据闭合电路欧姆定律可知,流经ab棒平均电流为:
= ⑤
根据电流的定义式可知,在该过程中,流经ab棒某横截面的电量为:
q= ⑥
由③④⑤⑥式联立解得:q=
⑶由法拉第电磁感应定律可知,当ab棒滑行x距离时,回路中的感应电动势为:
e=B(L-2xcotθ)v2 ⑦
根据闭合电路欧姆定律可知,流经ef棒的电流为:i= ⑧
根据安培力大小计算公式可知,ef棒所受安培力为:F=iLB ⑨
由⑦⑧⑨式联立解得:F= ⑩
由⑩式可知,当x=0且B取最大值,即B=Bm时,F有最大值Fm,ef棒受力示意图如下图所示:
根据共点力平衡条件可知,在沿导轨方向上有:Fmcosα=mgsinα+fm ⑪
在垂直于导轨方向上有:FN=mgcosα+Fmsinα ⑫
根据滑动摩擦定律和题设条件有:fm=μFN ⑬
由⑩⑪⑫⑬式联立解得:Bm=
显然此时,磁感应强度的方向竖直向上或竖直向下均可
由⑩式可知,当B=Bm时,F随x的增大而减小,即当F最小为Fmin时,x有最大值为xm,此时ef棒受力示意图如下图所示:
根据共点力平衡条件可知,在沿导轨方向上有:Fmincosα+fm=mgsinα ⑭
在垂直于导轨方向上有:FN=mgcosα+Fminsinα ⑮
由⑩⑬⑭⑮式联立解得:xm=
6.(15安徽卷)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
A.电路中感应电动势的大小为
× × × × × × × × ×× × × × × × × × ×× × × × × × × × ×× × × × × × × × ×
v
θ
c
d
a
b
M
N
l
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.金属杆的发热功率为
答案:B
解析:金属棒的有效切割长度为l,电路中感应电动势的大小,选项A错误;金属棒的电阻,根据欧姆定律电路中感应电流的大小,选项B正确;金属杆所受安培力的大小,选项C错误;根据焦耳定律,金属杆的发热功率为,选项D错误.答案为B.
7.(15重庆卷)题4图为无线充电技术中使用的受电线圈示意图,线圈匝数为,面积为.若在到时间内,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均匀增加到,则该段时间线圈两端a和b之间的电势差
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:穿过线圈的磁场均匀增加,将产生大小恒定的感生电动势,由法拉第电磁感应定律得,而等效电源内部的电流由楞次定理知从,即b点是等效电源的正极,即,故选C.
7.(2015·全国新课标Ⅱ)如图,直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向平行于ab边向上.当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时,a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是
A.Ua> Uc,金属框中无电流
B.Ub >Uc,金属框中电流方向沿a-b-c-a
C.Ubc=-1/2Bl²ω,金属框中无电流
D.Ubc=1/2Bl²w,金属框中电流方向沿a-c-b-a
答案:C
解析:当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时,穿过直角三角形金属框abc的磁通量恒为0,所以没有感应电流,由右手定则可知,c点电势高,,故C正确,A、B、D错误.
8、(2015·全国新课标Ⅰ)1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”.实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示.实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后.下列说法正确的是
A.圆盘上产生了感应电动势
B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动
答案:AB
解析:圆盘运动过程中,半径方向的金属条在切割磁感线,在圆心和边缘之间产生了感应电动势,选项A对,圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中,内部距离圆心远近不同的点电势不等而形成涡流产生,选项B对.圆盘转动过程中,圆盘位置,圆盘面积和磁场都没有发生变化,所以没有磁通量的变化,选项C错.圆盘本身呈现电中性,不会产生环形电流,选项D错.