如圖甲所示,長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi),其匝數(shù)為n,總電阻為r,可繞其豎直中心軸O1O2轉動.線框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起,并通過電刷和定值電阻R相連.線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場,磁感應強度B的大小隨時間t的變化關系如圖乙所示,其中B0、B1和t1均為已知.在0~t1的時間內(nèi),線框保持靜止,且線框平面和磁場垂直;t1時刻后線框在外力的驅動下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉動.求:
(1)0~t1時間內(nèi)通過電阻R的電流大小;
(2)線框勻速轉動后,在轉動一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量;
(3)線框勻速轉動后,從圖甲所示位置轉過90°的過程中,通過電阻R的電荷量.
(4)當線圈平面與中性面夾角為π/3時,感應電動勢為多少?
分析:(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律求出0~t1時間內(nèi)感應電動勢,再根據(jù)閉合電路歐姆定律求出通過電阻R的電流大小.
(2)根據(jù)E=nBSω求出感應電動勢的最大值,從而求出感應電動勢的有效值,根據(jù)歐姆定律求出感應電流的有效值,從而根據(jù)Q=I2Rt求出電阻R產(chǎn)生的熱量.
(3)根據(jù)法拉第電磁感應定律結合閉合電路歐姆定律求出平均感應電流,根據(jù)q=
.
I
t
求出通過電阻R的電荷量.
(4)通過從中性面開始計時感應電動勢的表達式,求出線圈平面與中性面夾角為
π
3
時,感應電動勢的大。
解答:解:(1)0~t1時間內(nèi),線框中的感應電動勢E=n
△Φ
△t
=
nL1L2(B1-B0)
t1

根據(jù)閉合電路歐姆定律得,通過電阻R的電流
I=
E
R+r
=
nL1L2(B1-B0)
(R+r)t1

(2)線框產(chǎn)生的感應電動勢的最大值Em=nB1L1L2ω
感應電動勢的有效值E=
2
2
nB1L1L2ω

通過電阻R的電流有效值I=
2
nB1L1L2ω
2(R+r)

線框轉動一周所需的時間t=
ω

此過程中,電阻R產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt=πRω(
nB1L1L2
R+r
)2

(3)線框從圖甲所示位置轉過90°的過程中,
平均感應電動勢
.
E
=n
△Φ.
△t
=
nB1L1L2
△t

平均感應電流
.
I
=
nB1L1L2
△t(R+r)

流過電阻R的電荷量q=
.
I
△t=
nB1L1L2
R+r

(4)從中性面開始計時感應電動勢的瞬時表達式為E=Emsinωt
當線圈平面與中性面夾角為
π
3
時,即ωt=
π
3
,則E=
3
2
nB1L1L2ω

答:(1)0~t1時間內(nèi)通過電阻R的電流大小為
nL1L2(B1-B0)
(R+r)t1

(2)線框勻速轉動后,在轉動一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量為πRω(
nB1L1L2
R+r
)
2

(3)通過電阻R的電荷量為
nB1L1L2
R+r

(4)當線圈平面與中性面夾角為π/3時,感應電動勢為
3
2
nB1L1L2ω
點評:解決本題的關鍵掌握感應電動勢的平均值、最大值、有效值和瞬時值的區(qū)別以及應用.
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中物理 來源: 題型:

航天飛機繞地球做勻速圓周運動時處于完全失重狀態(tài),所以在這種環(huán)境中已無法用天平稱量物體的質量.某興趣小組通過查閱資料獲知,彈簧彈性勢能的公式為EP=
12
kx2
(其中k為彈簧的勁度系數(shù),x為彈簧的形變量).他們設計了一種裝置用于在航天飛機中測物體的質量,具體的方法如圖甲所示,A是待測質量的小鐵塊,MN是平行航天飛機地板的平面,a為固定在小鐵塊上的擋光條,b、c 分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置(當有物體從 b、c間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間).另有一把游標卡尺、一把毫米刻度尺、已知勁度系數(shù)為k的輕彈簧,他們設計的實驗步驟如下:精英家教網(wǎng)
(1)用 20 個等分刻度的游標卡尺測定小鐵塊A上的擋光條寬d,讀數(shù)如圖乙所示,則擋光條d為
 
mm.
(2)讓彈簧的一端固定在MN左端的航天飛機壁上(MN足夠長),彈簧的自由端處在O處,將小鐵塊與彈簧的自由端接觸,將b、c固定在彈簧的自由端以右P點(與之連接的電路未畫出),此時應記下點
 
位置,然后沿MN向左壓縮彈簧使小鐵塊至點Q,此時應測量
 
之間的距離L.
(3)無初速度釋放小鐵塊,讀出小鐵塊擋光條通過光電門b、c的時間為△t.則小鐵塊的質量的表達式m=
 
(用符號表示).

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科目:高中物理 來源: 題型:

(18分)如圖甲所示.空間有一寬為2L的勻強磁場區(qū)域,磁感應強度為B,方向垂直紙面向外.abcd是由均勻電阻絲做成的邊長為L的正方形線框,總電阻值為R.線框以垂直磁場邊界的速度v勻速通過磁場區(qū)域.在運動過程中,線框abcd兩邊始終與磁場邊界平行.設線框剛進入磁場的位置x=0,x軸沿水平方向向右。求:

   (1)cd邊剛進入磁場時,ab兩端的電勢差,并指明哪端電勢高;

   (2)線框穿過磁場的過程中,線框中產(chǎn)生的焦耳熱;

   (3)在下面的乙圖中,畫出ab兩端電勢差Uab隨距離變化的圖象。其中U0 = BLv。

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科目:高中物理 來源:2013-2014江蘇省蘇州市高二第一學期期末調(diào)研測試(選修)物理試卷(解析版) 題型:計算題

(16)如圖甲所示,光滑且足夠長的平行金屬導軌MN、PQ固定在同一水平面上,兩導軌間距L=lm,電阻R1=3ΩR2=1.5Ω,導軌上放一質量m=1kg的金屬桿,長度與金屬導軌等寬,與導軌接觸良好,金屬桿的電阻r=1.0Ω,導軌電阻忽略不計,整個裝置處于磁感應強度B=1.0T的勻強磁場中,磁場的方向垂直導軌平面向下.現(xiàn)用一拉力F沿水平方向拉桿,使金屬桿由靜止開始運動.圖乙所示為通過金屬桿中的電流平方(I2)隨位移(x)變化的圖線,當金屬桿運動位移為5m時,求:

(1)金屬桿的動能:

(2)安培力的功率;

(3)拉力F的大。

 

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科目:高中物理 來源:人教版2011-2012學年高三物理法拉第電磁感應定律互感、自感、渦流專項訓練 題型:選擇題

.(12分)如圖甲所示,豎直向下的勻強磁場垂直于光滑的桌面,圖甲中的虛線為磁場的邊界線,邊界線右側的磁場區(qū)域足夠大;質量為m、電阻為R的矩形金屬線圈abcd平放在桌面上,線圈的長和寬分別為l和2l,線圈的一半在磁場內(nèi),一半在磁場外;t=0時刻磁感應強度從B0開始均勻減小,線圈中產(chǎn)生感應電流,在磁場力作用下線圈的vt圖象如圖11乙所示,圖乙中的斜向虛線為t=0時刻速度圖線的切線,數(shù)據(jù)由圖中給出.求:

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)t=0時刻金屬線圈的加速度;

(2)磁感應強度的變化率.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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科目:高中物理 來源:2010-2011學年湖北七市聯(lián)考高三(下)物理試卷(4月份)(解析版) 題型:解答題

航天飛機繞地球做勻速圓周運動時處于完全失重狀態(tài),所以在這種環(huán)境中已無法用天平稱量物體的質量.某興趣小組通過查閱資料獲知,彈簧彈性勢能的公式為(其中k為彈簧的勁度系數(shù),x為彈簧的形變量).他們設計了一種裝置用于在航天飛機中測物體的質量,具體的方法如圖甲所示,A是待測質量的小鐵塊,MN是平行航天飛機地板的平面,a為固定在小鐵塊上的擋光條,b、c 分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置(當有物體從 b、c間通過時,光電計時器就可以顯示物體的擋光時間).另有一把游標卡尺、一把毫米刻度尺、已知勁度系數(shù)為k的輕彈簧,他們設計的實驗步驟如下:
(1)用 20 個等分刻度的游標卡尺測定小鐵塊A上的擋光條寬d,讀數(shù)如圖乙所示,則擋光條d為______mm.
(2)讓彈簧的一端固定在MN左端的航天飛機壁上(MN足夠長),彈簧的自由端處在O處,將小鐵塊與彈簧的自由端接觸,將b、c固定在彈簧的自由端以右P點(與之連接的電路未畫出),此時應記下點______位置,然后沿MN向左壓縮彈簧使小鐵塊至點Q,此時應測量______之間的距離L.
(3)無初速度釋放小鐵塊,讀出小鐵塊擋光條通過光電門b、c的時間為△t.則小鐵塊的質量的表達式m=______(用符號表示).

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