电磁感应习题课
10第十章 习题(222345)
二、选择题 1、在下列描述中正确的是( ) B (A)感生电场和静电场一样，属于无旋场 (B)感生电场和静电场的共同点，就是对场中的电荷 具有作用力 (C)因为感生电场对电荷具有类似于静电场对电荷的 作用力，所以在感生电场中也可类似于静电场一样 引入电势 (D)感生电场和静电场一样，是能脱离电荷而单独存 在。 解：根据感生电场性质
• 二、选择题 • 1、两个相同的线圈，每个自感系数均为L0，将它 们顺向串联起来，并放得很近，使每个线圈所产生 的磁通量全部穿过另一个线圈，则该系统的总自感 系数为( ) D • (A)0 (B)L0/2 (C)2L0 (D)4L0 解：设每个线圈通电流I，则 0 NB0 S , L0 顺向串联后，设I不变，则 B 2 B0
2、感生电场是：（ ）A （A）由变化的磁场激发，是无源场 （B）由电荷激发，是有源场。 （C）由电荷激发，是无源场。 （D）由变化的磁场激发，是有源场。 解：根据感生电场性质 三、计算题 1、如图所示，在两无限长载流导线组成的平面内， 有一固定不动的矩形导体回路。两电流方向相反，若 I I 0 cos t I 0， 有电流， （式中， 为大于0的常数）。求线 圈中的感应电动势。
解：根据法拉第电磁感应定律、 磁矩概念判断
2、一闭合导体环，一半在匀强磁场中，另一半在 磁场外，为了环中感生出顺时针方向的电流，则 应：（ ）B （A）使环沿轴正向平动。 （B）使环沿轴正向平动。 （C）环不动，增强磁场的磁感应强度。 （D）使环沿轴反向平动。 解：根据法拉第电磁感 应定律判断
• 3、如图，长度为l的直导线ab在均匀磁场B中以速 度 v 移动，直导线ab中的电动势为( ) D (A)Blv． B)Blvsinα． (C)Blvcosα ．(D) 0．
电磁感应习题课
作业79．一半径r=10cm的圆形闭合导线回路置于均匀磁 场B ( B=0.80T)中，B与回路平面正交。若圆形回路的半径 从t=0开始以恒定的速率(dr/dt=-80cm/s)收缩，则在t=0时 刻闭合回路的感应电动势的大小是多少？如要求感应电动 势保持这一数值，则闭合回路面积应以怎样的恒定速率收 缩？
作业84．无限长直导线载有电流I，其旁放置一段长度为l与 载流导线在同一平面内且成的导线。计算当该导线在平面上 以垂直于载流导线的速度v平移到该导线的中点距载流导线 为a时，其上的动生电动势，并说明其方向。
a I
60°
l
孙秋华
Harbin Engineering University
Ⅱ 感生电动势的计算 利用法拉第电磁感应定律
1. 求长度为L的金属杆在均匀磁场B中绕平行于磁场方向的定 轴转动时的动生电动势。已知杆相对于均匀磁场B的方位 角为，杆的角速度为 ，转向如图所示。
B
孙秋华
L
Harbin Engineering University
解： ab
( v B ) dl
b 0
vBdl sin
另外一边产生的动生电动势与２大小相等绕向相同
孙秋华
Harbin Engineering University
2 3 ac 1 2 2 [ ln ] 2π a 3 a
其方向为顺时针
0 Iv l
C I D a A
孙秋华
Harbin Engineering University
6.理解涡旋电场和位移电流的概念。理解变化磁场引起电 场和变化电场引起磁场的两个基本规律，是电磁感应定 律和安培环路定律相应的推广。掌握麦克斯韦方程组的 积分形式。掌握电磁波的性质及波印廷矢量
电磁感应-习题课
20 20 2a 2a
2 2a2
24.一半径为R的无限长柱形导体上均匀流有电流I,该
导体材料的磁导率为μ0,则在导体轴线上一点的磁场
能量密度wmo= 0 ;在与导体轴线相距r处.(r<R)的
磁场能量密度wmr=
.
I 2r2
H I 1 ( I r 2 ) Ir
2r 2r R 2
(A) 1.5×106V/m; (B)1.5×108V/m; (C)3.0×106V/m; (D)3.0×108V/m.
1 2
0
E
2
B2
20
[B
]
E cB
22.有两个长直密绕螺线管,长度及线圈匝数均相同,半
径分别为r1和r2,管内充满均匀介质,其磁导率分别为μ1
和μ2,设r1 :r2 = 1 :2 , μ1:μ2 =2:1,其自感之比
杆的一端接一个N匝的矩形线圈,线圈的一部分在均匀
磁场B中,设杆的微小振动规律为 x A cost 线圈
随杆振动时,线圈中的感应电动势为
.
i
N
d dt
N
d (Bbx) dt
NBbAsin
t
6.如图所示,电量Q均匀分布在一半径为R、长为
L(L>>R)的绝缘长圆筒上,一单匝矩形线圈的一条边与
圆筒的轴线相重合.若筒以角速度 线性减速旋转.则线圈中感应电流为
0(1
0.
t t0)
线圈回路的通量等于零.
7.如图所示,一半径为r的很小的金属环,在初始时刻与
一半径为a(a>>r)的大金属圆环共面且同心,在大圆环
中通以恒定的电流I,方向如图.如果小圆环以匀角速绕
哈工大-大学物理-习题课-电磁感应和电磁场理论的基本概念-2010.7.9
设单位长度电缆的自感为L，则单位长度电缆储存的磁能也可 设单位长度电缆的自感为 ， 表示为
由方程
µ0I 2 1 R 1 2 2 LI = + ln R 2 4 4 π 1
µ0 1 R 2 可得出 L = + ln 从能量出发，求解自感系数 2 4 R π 1
10cm
或
dϕ 2 dB ei = = πr = π ×(10×10−2 )2 ×0.1 dt dt
= π ×10−3 = 3.14×10−3V
(3) 根据欧姆定律，圆环中的感应电流为 根据欧姆定律， ei π −3 −3
Ii = R = 2 ×10 =1.57×10 A
× × × × × × × × × × × ×
电场的电力线是同心圆， 且为顺时针绕向。 因此， 电场的电力线是同心圆 ， 且为顺时针绕向 。 因此 ， 圆环上 任一点的感生电场，沿环的切线方向且指向顺时针一边。 任一点的感生电场 ， 沿环的切线方向且指向顺时针一边 。 其大小为
1 dB 1 E旋＝ r = ×10×10−2 ×0.1 2 dt 2
3、 在图示虚线圆内的所有点上，磁感 、 在图示虚线圆内的所有点上， 应强度B为 应强度 为 0.5T，方向垂直于纸面向里 ， ， 方向垂直于纸面向里， 且每秒钟减少0.1T。虚线圆内有一半径 且每秒钟减少 。 的同心导电圆环， 为 10 cm 的同心导电圆环，求： (1)圆环上任一点感生电场的大小和方向。 圆环上任一点感生电场的大小和方向。 圆环上任一点感生电场的大小和方向 (2)整个圆环上的感应电动势的大小。 整个圆环上的感应电动势的大小。 整个圆环上的感应电动势的大小
在圆柱与圆筒之间的空间距轴线r处 取一半径为 、厚为dr、 在圆柱与圆筒之间的空间距轴线 处，取一半径为r、厚为 、 单位长度的共轴薄壁圆柱壳、 单位长度的共轴薄壁圆柱壳、薄壁圆柱壳内磁能密度
电磁感应习题课
高二物理简报 电磁感应的综合应用【知识点一】电磁感应中的电路问题、与力学综合问题1．内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于 。
(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的 ，其余部分是 。
2．电源电动势和路端电压(1)电动势：E ＝Bl v 或E ＝ 。
(2)路端电压：U ＝IR ＝ 。
3．安培力的大小⎭⎪⎬⎪⎫感应电动势：E ＝Bl v感应电流：I ＝E R 安培力公式：F ＝BIl ⇒F ＝B 2l 2vR4．安培力的方向(1)先用 确定感应电流方向，再用 确定安培力方向。
(2)根据楞次定律，安培力方向一定和导体切割磁感线运动方向 。
[试一试]1、如图所示，MN 、PQ 是间距为L 的平行金属导轨，置于磁感应强度为B ，方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中，M 、P 间接有一阻值为R 的电阻。
一根与导轨接触良好、有效阻值为R2的金属导线ab 垂直导轨放置，并在水平外力F 的作用下以速度v 向右匀速运动，则(不计导轨电阻)( )A ．通过电阻R 的电流方向为P →R →MB ．a 、b 两点间的电压为BL vC ．a 端电势比b 端高D ．外力F 做的功等于电阻R 上发出的焦耳热2、如图所示，ab 和cd 是位于水平面内的平行金属轨道，轨道间距为l ，其电阻可忽略不计。
ac 之间连接一阻值为R 的电阻，ef 为一垂直于ab 和cd 的金属杆，它与ab 和cd 接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动，其电阻可忽略。
整个装置处在匀强磁场中，磁场方向垂直于图中纸面向里，磁感应强度为B 。
当施外力使杆ef 以速度v 向右匀速运动时，杆ef 所受的安培力为( )A.v B 2l 2RB.v Bl RC.v B 2l RD.v Bl 2R【重难点突破一】电磁感应与电路知识的综合应用1.对电磁感应电源的理解(1)电源的正、负极可用右手定则或楞次定律判定。
(2)电源电动势的大小可由E ＝Bl v 或E ＝n ΔΦΔt 求得。
17_电磁场理论_电磁感应习题课
选择题_05图示单元十七 电磁场理论 1一 选择题01. 在感应电场中电磁感应定律可写成kL d E dL dtψ⋅=-⎰ ，式中k E 为感应电场的电场强度。
此式表明: 【 】(A) 闭合曲线L 上，k E处处相等； (B) 感应电场是保守力场；(C) 感应电场的电力线不是闭合曲线；(D) 在感应电场中不能像对静电场那样引入电势的概念02. 下列各种场中不是涡旋场为: 【 】(A) 静电场； (B) 稳恒磁场； (C) 感应电场； (D) 位移电流激发的磁场。
03. 下列各种场中的保守力场为: 【 】(A) 静电场； (B) 稳恒磁场； (C) 涡旋电场； (D) 变化磁场。
04. 对位移电流，有下述四种说法，请指出哪一种说法正确。
【 】(A) 位移电流是由变化电场产生的； (B) 位移电流是由线性变化磁场产生的； (C) 位移电流的热效应服从焦耳一楞次定律； (D) 位移电流的磁效应不服从安培环路定理。
05. 在圆柱形空间内有一磁感强度为B的均匀磁场，如图所示。
B的大小以速率/dB dt 变化．在磁场中有,A B 两点，其间可放直导线AB 和弯曲的导线AB ，则 【 】(A) 电动势只在直线型AB 导线中产生；(B) 电动势只在弧线型AB 导线中产生； (C) 电动势在直线型AB 和弧线型AB 中都产生，且两者大小相等； (D) 直线型AB 导线中的电动势小于弧线型AB 导线中的电动势。
06. 下列哪种情况的位移电流为零？ 【 】(A) 电场不随时间而变化； (B) 电场随时间而变化； (C) 交流电路； (D) 在接通直流电路的瞬时。
二 填空题07. 反映电磁场基本性质和规律的积分形式的麦克斯韦方程组为:填空题_09图示1) SD dS q ⋅=∑⎰ ； 2)m L dE dl dtΦ⋅=-⎰ ； 3) 0SB dS ⋅=⎰ ； 4) D L d H dl I dtΦ⋅=∑+⎰ 。
试判断下列结论是包含于或等效于哪一个麦克斯韦方程式的。
高中物理(新人教版)选择性必修二课后习题：第二章 电磁感应中的动力学、能量和动量问题【含答案及解析】
第二章电磁感应习题课:电磁感应中的动力学、能量和动量问题课后篇素养形成必备知识基础练1.(多选)如图所示,有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道,间距为l,上端接有可变电阻R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为B。
一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋于一个最大速度v m,除R外其余电阻不计,则()A.如果B变大,v m将变大B.如果α变大,v m将变大C.如果R变大,v m将变大D.如果m变小,v m将变大金属杆从轨道上滑下切割磁感线产生感应电动势E=Blv,在闭合电路中形成电流I=BlvR,因此金属杆从轨道上滑下的过程中除受重力、轨道的弹力外还受安培力F作用,F=BIl=B 2l2vR,先用右手定则判定感应电流方向,再用左手定则判定出安培力方向,如图所示。
根据牛顿第二定律,得mg sin α-B 2l2vR=ma,当a=0时,v=v m,解得v m=mgRsinαB2l2,故选项B、C正确。
2.(多选)如图所示,两足够长的平行金属导轨固定在水平面上,匀强磁场方向垂直导轨平面向下,金属棒ab、cd与导轨构成矩形闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动,两金属棒ab、cd的质量之比为2∶1。
用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉金属棒cd,经过足够长时间以后()A.金属棒ab、cd都做匀速运动B.金属棒ab上的电流方向是由b向aC.金属棒cd所受安培力的大小等于2F3D.两金属棒间距离保持不变ab、cd进行受力和运动分析可知,两金属棒最终将做加速度相同的匀加速直线运动,且金属棒ab速度小于金属棒cd速度,所以两金属棒间距离是变大的,由楞次定律判断金属棒ab 上的电流方向是由b到a,A、D错误,B正确;以两金属棒整体为研究对象有F=3ma,隔离金属棒cd分析F-F安=ma,可求得金属棒cd所受安培力的大小F安=23F,C正确。
3.如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,ab边长大于bc边长,置于垂直纸面向里、边界为MN 的匀强磁场外,线框两次匀速完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN。
《法拉第电磁感应定律》习题课
过程中通过电阻R的电量的大小依次为Q1、 Q2、 Q3和Q4 ，则
A.Q1＝ Q2 ＝Q3＝ Q4 B.Q1＝ Q2 ＝2Q3＝2 Q4 C. 2Q1＝ Q2 ＝Q3＝ Q4 D. Q1≠ Q2 ＝Q3≠ Q4
× b × d ×× × R ×
×
× × ×
×
× × ×
×
× c × × a
如图，在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R的直角形金 属导轨aob（在纸面内），磁场方向垂直纸面朝里，另有两根
金属导轨c、d分别平行于oa、ob放置。保持导轨之间接触良
好，金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程：①以速率v 移动d，使它与ob的距离增大一倍；②再以速率v移动c，使它 与oa的距离减小一半；③然后，再以速率2v移动c，使它回到 原处；④最后以速率2v移动d，使它也回到原处。设上述四个
法拉第电磁感应定律 习题课
知识回顾:
感应电动势的有无取决于: 磁通量是否变化
感应电动势的大小取决于: 磁通量的变化率的大小 t Φ 法拉第电磁感应定律: E n t
(n为线圈的匝数) 通常计算平均感应电动势 E求解
重要的推论: E BLv1 BLvsin
（θ为v与B夹角） 多用于计算瞬时感应电动势
1.磁感应强度以10T／s的变化率均匀增加 2.磁感应强度随时间变化满足以下关系: B=(10+10t)T 3.磁场的磁感应强度随时间变化的图象如图所示:
通过电阻R的电流又各为为多少？
练习1
练习3
练习3： 如下图所示，导线全部为裸导线，半径 为r的圆内有垂直于圆平面的匀强磁场，磁感应强 度为B。一根长度大于2r的导线MN以速度v在圆环 上无摩擦地自左端匀速滑动到右端，电路的固定电 阻为R，其余电阻忽略不计。试求MN从圆环的左 端滑到右端的过程中电阻R上的电流强度的平均值 以及通过的电量。
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h d B 2 dt
dl
h 2
AC
dB
3
R
2
dB dt
( AC R , h R sin 60
R
2
3
R)
r d
CB
2
2r d t 2r d 2 2 1 R dB R dB 3R tg 3 R / 2 h h R cos 30 d 1 tg R / 2 h 2 dt 2 dt 2 1 2 R dB 3 1 1 (tg 3 tg ) 2 dt 3 dB 2 d B ( ) R 2 dt 3 6 12 dt R
B
0I
2 ( a x )
B a
d B d S
0I
2 ( a x )
( b a x ) tg θ d x
0I
2
2
ba
tg θ
0
ba x a＋ x
b a
dx
0I
2
ba
A x θ o dx b
） x d
C
x
tg θ
0
(
b a x
B1
12 N
0 I1
2 r B dS N
12 I1
R2 R1
i
0 I 1b
2 r
R2 R1
S
dr
0 NI 1 b
2
ln
R2 R1
R2
R1
b
故:
M
0 Nb
2
ln
1 M
dI2 dt
0 NbI 0
2
ln
R2 R1
sin t
b
B1
0I
2 r
a c
12
d
S
c
0 I1
2 r
adr
0 I 1a
2
b
ln
b c
M
12 I1
0a
2
ln
b c
0a
2
ln 3
(2)线框中的互感电动势: 0a d I1 2 M ln 3 I 0 cos t dt 2
②反接时，每只线圈中的互感 ε11 电动势与自感电动势反向
1 ( L1
d I dt d I dt M M dI dt d I dt d I dt ) )
ε12
ε22
ε22
2 ( L2
I
1 增加 2 3 4
2 1 2 ( L1 L 2 2 M )
a x a＋ x
0I
tg θ [ b ln
( b a )]
M I
0
2
tg θ （ b ln
b a
a b)
15—18 两导线的半径a，中心距离为d，载有大小相等方向 相反的电流，试证明长为l的一段的自感为 0l d a
B
0I
2 r
0I
2 ( d r )
ln
r2 b r2
)
当cosωt>0时，ε<0, ε沿反时针方向；
当cosωt<0时，ε>0, ε沿顺时针方向。
2. 如图，长直导线AB中的电 流I沿导线向上，并以 dI/dt=2A/s的变化率均匀增长， 导线附近放一个与之同面的直 角三角形线框，其一边与导线 平行，位置及尺寸如图，求线 框中的感应电动势的大小和方 向。 解：与上题类似，只是计算Φ的 难度要增加，无新的物理意义。
A h I d
y
h=20cm d=5cm b=10cm
x B x dx b
建立坐标系，规定顺时针方向为正。 d B d S 而直角三角形斜边的方程为 y=-2x+h=-2x+0.2
B
0I
2 ( d x )
, d S y d x , d
0 Iy d x
2 ( d x )
解法二：作辅助线OA,OB,OC,OB与圆周交点于D,ΔAOC 和△OCB所围回路产生的电动势即为AB产生的电动势， 设方向为顺时针， d d B
2
S
d t
S S OAC S COD 3 4 1 2 2 . 1 10 V
5
d t
1 2 R
2
R sin 60
0
x 0 . 05
x 0 . 05
)d x
2 . 59 10
I
2 . 59 10
8
dΦ dt
d I dt
5 . 18 10
8
V
其方向为反时针方向。
3. 15--11 在半径为R=10cm的圆柱形空间充满磁感应强度 为B的均匀磁场，如图，B的量值以3.0×10-3T/s的恒定速率 增加。有一长为L=20cm的金属棒放在图示位置，一半在磁 场内部，另一半在磁场外部，求感应电动势εAB.
代入数据,即可求出最后结果.
15-16 有大小两个圆形线圈同心共轴放置,小线圈由50匝表面 绝缘的细导线绕成圆面积S=4.0cm2,大线圈由100匝表面绝缘的 导线绕成,大圆半径R=20cm,求: (1)两线圈的互感系数; (2)当大线圈中的电流以50A/s的变化率减少时,小线圈中的感 应电动势. 0 N 1I1 （大线圈圆心处的磁场） 解:(1) B 1
b
0
0 Iy d x
2 ( d x )
b
0I
2
b
0
yd x d x
0I
2
b
0
2 x 0 .2 x 0 . 05 0 . 15
d x
0I
0
x 0 .1 x 0 . 05
8
d x
0I
b
( x 0 . 05
E感
R
2
B t
2r
d B d S B d S Ba d x
B
1.如图，两条平行导线和一个矩形导线框共面，且导线框的一 个边与长导线平行，到两长导线的距离分别为r1,r2,已知两导线 中电流都为I＝I0sinωt,I0,ω为常数，导线框长为a宽为b求导线 框中电动势。 A B 解：对这类题目主要类型有①I不 x 变，线圈以v运动；②I变化，线 r1 圈不动；③I变化，线圈运动，都 a 应先求出B分布，然后求出Φ＝Φ I I r2 （t),最后求出d Φ/dt. 0 b 选顺时针方向为ε的正方向，取 x dx 面元dS=adx
2
dt 4 E感 d l
E 感 d l cos ＝
dB
cos d l
2 2 R h dB
t
AB
3 4
AC
CB
2
(
12
)R
dB dt
× × 0 × × ×× × × Rr × × × A × C
r B
15-17 一矩形截面螺绕环由细导线密绕而成, 内半径为R1,外 半径为R2,高为b,共N匝;在螺绕环的轴线上另有一无限长直导 线 OO', 如 图 所 示 , 在 螺 绕 环 内 通 以 交 变 电 流 i=I0cosωt, 求 当 ωt=π/4时,在无限长导体中的感应电动势.
解:设导线为导体1,螺绕环为导体2,则:
小结
一、基本概念 动生电动势（洛仑兹力) 感生电动势（感应电场） 4. 互感
1. 感应电动势
2.感应电场 3.自感
二、基本规律 dΦ dΨ dΦ 1.法拉第电磁感应定律 , , N
dt dt dt
2. 楞次定律（判定感应电流和感应电动势的方向）
三、计算类型 1. 感应电动势的计算
解法一：如图取dl, 已知AC上的E感为
E感
× × 0 × × r θ’
B 2 t
r
2
CB上的E感为
E感 R
× ×θ × × R θ’ r × h × × A × θ
B t
2r
C
B
则
AC
E 感 dl
E 感 d l cos ＝
r d B 2 dt
cos d l
r1
2
0 r1 d ( t )
2 dt
典型选择题:
1.在一自感线圈中通过的电流I随 时间t的变化规律如图 a 所示,若以 I的正方向作为ε的正方向,则代表 线圈内自感电动势ε随时间变化规 律的曲线为图 b 中的哪一个?
L
d I dt
①动生电动势的计算
＝ v B ） d l ； （
d dt
(闭 合 、 一 段 ）
方向：正方向确定；v×B 确定；楞次定律 确定。
② (闭 合 、 一 段 ）
dt
方向：正方向确定；楞次定律确定。
L
ln
a
I d
0I 1 1 d B d S B d S ( )l d r 2 r d r
I
0 Il
2
d a
a
(
1 r
1 d r
ln
)d r
a
L