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专题二:电磁感应中的电路、电荷量问题 课中练
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一、电磁感应中的电路问题
处理电磁感应中电路问题的一般方法
1.明确哪部分电路或导体产生感应电动势,该部分电路或导体相当于电源,其他部分是外电路。
2.画等效电路图,分清内、外电路。
3.用法拉第电磁感应定律E=n或E=Blvsin θ确定感应电动势的大小,用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向。注意在等效电源内部,电流方向从负极流向正极。
4.运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率等公式求解。
【例题1】
1. 如图所示,PN与QM两平行金属导轨相距,电阻不计,两端分别接有电阻和,且,ab杆的电阻为,在导轨上可无摩擦地滑动,垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为。现ab以恒定速度匀速向右移动,这时ab杆上消耗的电功率与、消耗的电功率之和相等,则( )
A. B. 上消耗的电功率为
C. a、b间电压为3V D. 拉ab杆水平向右的拉力为
【课堂练习1】
2. 粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行,现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场,如图所示,则在移动过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是( )
A. B. C. D.
课堂练习2】
3. 如图所示,面积为S、匝数为n的线圈内有匀强磁场,已知磁感应强度随时间的变化规律为 (k>0且为常数,但未知),当t=0时磁场方向垂直纸面向里。在磁场方向改变之前,有一带电荷量为q、质量为m的粒子静止于水平放置的、间距为d的平行板电容器中间。(重力加速度为g)由此可以判断( )
A. 此粒子带正电
B. 磁感应强度的变化率为
C. 当磁场方向改变后,该粒子将向下做加速运动
D. 电容器所带电荷量与时间成正比
二、电磁感应中的电荷量问题
闭合回路中磁通量发生变化时,电荷发生定向移动而形成感应电流,在Δt内通过某一截面的电荷量(感应电荷量)q=·Δt=·Δt=n··Δt=。
由上式可知,线圈匝数一定时,通过某一截面感应电荷量仅由回路电阻和磁通量的变化量决定,与时间无关。
【例题2】
4. 如图所示,长直导线通以方向向上的恒定电流I,矩形金属线圈abcd与导线共面,线圈的长是宽的2倍。第一次将线圈由静止从位置Ⅰ平移到位置Ⅱ停下,第二次将线圈由静止从位置Ⅰ绕过d点且垂直纸面的轴线旋转90°到位置Ⅲ停下,两次变换位置的过程所用的时间相同,以下说法正确的是( )
A. 两次线圈所产生的平均感应电动势相等
B. 两次线圈所产生的平均感应电动势不相等
C. 两次通过线圈导线横截面的电荷量相等
D. 两次通过线圈导线横截面的电荷量不相等
【课堂练习3】
5. 物理实验中,常用一种叫做“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量.如图所示,探测线圈与冲击电流计G串联后可用来测定磁场的磁感应强度.已知线圈的匝数为n,面积为S,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R.若将线圈放在被测匀强磁场中,开始时线圈平面与磁场垂直,现把探测线圈翻转180°,“冲击电流计”测出通过线圈导线的电荷量为q,由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为( )
A. B. C. D.
1. BD
【详解】A.ab杆切割磁感线产生感应电动势,等效电路如图所示
由于ab杆上消耗的电功率与、消耗的电功率之和相等,则内、外电阻相等
解得
A错误;
BC.产生的感应电动势为
总电流
路端电压
B正确,C错误;
D.ab杆所受安培力
ab杆匀速移动,因此拉力大小为,D正确。
故选BD。
2. C
【详解】磁场中切割磁感线的边相当于电源,外电路由三个相同电阻串联形成,ABD图中a、b两点间电势差为外电路中一个电阻两端电压为:,
C图中a、b两点间电势差为路端电压为:,所以a、b两点间电势差绝对值最大的是C图所示.
故选C.
3. B
【详解】A.由楞次定律可知,平行板电容器上极板带正电,下极板带负电,极板间场强竖直向下,粒子在极板间静止,粒子所受静电力竖直向上,静电力方向与场强方向相反,粒子带负电,A错误;
B.由法拉第电磁感应定律可知,感应电动势
粒子静止时处于平衡状态,由平衡条件得
解得
B正确;
C.由楞次定律可知,当磁场方向改变后,感应电动势不变,粒子受力情况不变,粒子仍静止不动,C错误;
D.电容器两极板间电势差
电容器所带电荷量
Q与时间无关,D错误。
故选B。
4. BD
【详解】AB.根据通电直导线周围的磁场分布可知,两次通过线圈的磁通量变化量不同,根据
E=n
可知,线圈所产生的平均感应电动势不相等,故A错误;B正确;
CD.根据
q=n
可知,两次通过线圈导线横截面的电荷量不相等,故C错误;D正确。
故选BD。
5. B
【详解】试题分析:闭合回路流过的电荷量,而电路平均电流,整理即,所以磁感应强度,选项B对.
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