电磁感应的应用
★电磁感应与应用
一、选择题
1、如图所示,磁带录音机既可用作录音,也可用作放音,
其主要部件为可
匀速行进的磁带a
和绕有线圈的磁
头b,不论是录音还是放音过程,磁带或磁头软铁都会存在
磁化现象。下列关于录音、放音过程中主要工作原理的描述,
正确的是: [ ]
A、录音机放音和录音的主要原理都是电磁感应
B、录音机放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用
C、录音机放音的主要原理是电磁感应,录音的主要原理是
电流的磁效应
D、录音机放音的主要原理是电流的磁效应,录音的主要原
理是电磁感应
2、在水平向右的匀强磁场中,一线框
绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线框
通过电刷、圆环、导线等与定值电阻
组成闭合回路。t1、t2时刻线圈分别转
(a) (b)
B
到图(a)、(b)所示位置,下列说法中
正确的是:[ ]
A、t1时刻电阻中的电流最大,方向从左向右
B、t1时刻电阻中的电流最大,方向从右向左
C、t2时刻电阻中的电流最大,方向从左向右
D、t2时刻电阻中的电流最大,方向从右向左
3、电吉他是利用电磁感应原
理工作的一种乐器.如图甲为
电吉他的拾音器的原理图,在
金属弦的下方放置有一个连
接到放大器的螺线管.一条形磁铁固定在管内,当拨动金属
弦后,螺线管内就会产生感应电流,经一系列转化后可将电
信号转为声音信号。若由于金属弦的振动,螺线管内的磁通
量随时间的变化如图乙所示,则对应感应电流的变化为:
[ ]
4、在核反应堆中,是靠熔化的钠来传递核燃
烧产生的热量的。抽动液态钠的“泵”有传
动部分不允许和钠接触,因此常使用一种称为“电磁泵”的
机械。如图所示为这种泵的结构,N、S为磁铁的两极,C为
在磁场中的耐热导管,熔融的钠从其中流过,v为钠的流动
方向,要使钠液加速,加在导管中钠液的电流方向应为
[ ]
A、由下流向上 B、由上流向下 C、逆着v的方向 D、
顺着v的方向
5、电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射
弹体可在两水平平行轨道之间自由移动,
并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨
道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成
在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强
度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用
而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论
上可采用的办法是:[ ]
A、只将轨道长度L变为原来的2倍
B、只将电流I增加至原来的2倍
C、只将弹体质量减至原来的一半
D、将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L变为原来的2
倍,其它量不变
6、.如图所示为一种早期发电机原理示意图,该发电机由固
定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆
柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面
对称,在磁极绕转轴匀速转动过程中,
磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧
XOY运动,(O是线圈中心),则:[
]
A.从X到O,电流由E经G流向F,且先增大再减小
B.从X到O,电流由F经G流向E,且先减小再增大
C.从O到Y,电流由F经G流向E,且先减小再增大
D.从O到Y,电流由E经G流向F,且先增大再减小
7、如图所示是一种延时开关,当S1闭合时,
电磁铁F将衔铁D吸下,C线路接通。当S1
断开时,由于电磁感应作用,D将延迟一段
时间才被释放。则
A.由于A线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用
B.由于B线圈的电磁感应作用,才产生延时释放D的作用
C.如果断开B线圈的电键S2,无延时作用
D.如果断开B线圈的电键S2,延时将变长
8、某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下,大小为
4.5105T。一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸,河宽
100m,该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过。设落
潮时,海水自西向东流,流速为2m/s。下列说法正确的是:
[ ]
A.河北岸的电势较高 B.河南岸的电势较
高
C.电压表记录的电压为9mV D.电
压表记录的电压为5mV
答案:1 C 2 B 3 B 4 A 5 BD 6 D 7 BC 8 C
二、填空题
9、如图所示是测磁感应强度的一种装置。把一个很小的测
量线圈放在待测处,测量线圈平面与该处磁场方向垂直,将
线圈跟冲击电流计G串联(冲击电流计是一种测量电量的仪
器)。当用反向开关K使螺线管里的电流反向时,测量线圈
中就产生感应电动势,从而有电流流过G。该测量线圈的匝
数为N,线圈面积为S,测量线圈电阻为R,其余电阻不计。
(1)若已知开关K反向后,冲击电流计G测得的电量大小
为q,则此时穿过每匝测量线圈的磁通量的变化量为△φ=
__________(用已知量的符号表示)。
(2)待测处的磁感应强度的大小为B=__________。qR/N qR/2NS
10、已知地磁场的水平分量为B,利用这一值可以测定
东
极 指向北方;②给线圈通电,此时小磁针N极指北
偏东θ角后静止,由此可以确定线圈中电流方向
(由东向西看)是_____(填“顺”或“逆”)
时针方向的,通电线圈在线圈中心处产生的磁
感强度=________Btgθ_____________.
11、如图所示,磁流体动力泵的矩形槽左、右
两侧壁是导电极板,前后两壁是绝缘板,槽宽
L=5cm,高h=10.5cm,槽的下部与水银面接触,
上部与一竖直非导电管相连,匀强磁场垂直于
绝缘板,B=0.1T,给两导电板间加一电压U=1V,取水银电阻
率0106m,水银密度1.4104kgm3,则水银在泵中可上
升的高度是 (用字母表达),请代入数字运算出具
体高度 m。 答:xhUB
gl0、 1.5m ;
12、电磁流量计是一种测量导电液体流量的装置(单位时间
里通过某一截面的液体体积,称为流量),其结构如图所示,
矩形管道横截面的宽和高分别为L1=
0.4m、L2=0.5m,上下两侧是导体材料,
另两侧是绝缘材料,匀强磁场垂直于绝缘
材料的两侧。当液体自右向左流过管道
时,根据与管道上下两侧连接的电压表读
数,可测得液体流量的大小。为了使电压表的示数1V即表
示为流量1m/s,磁感应强度为_________T。液体流过管道
时受到阻力作用,若阻力与管道的长度及液体的流速都成正
比,即F=kxv,其中比例系数k=10N·s/m。为使液体以v
=2m/s的速度流过长x=100m的管道,左右两侧管口应施加
的压强差为__________Pa。
0.4, 1×10
4
23
13.磁场具有能量,磁场中单位
体积所具有的能量叫做能量密
度,其值为B/2μ,式中B是磁
感强度,μ是磁导率,在空气中μ为一已知常数。为了近似
测得条形磁铁磁极端面附近的磁感强度B,一学生用一根端
面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P,再用力将
铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl,并测出拉力F,如图所示。
因为F所作的功等于间隙中磁场的能量,所以由此可得磁感
强度B与F、A之间的关系为B= 。(2
μF/A)
14、已知某一区域的地下埋有一
根与地表面平行的直线电缆,电
缆中通有变化的电流,在其周围
有变化的磁场,因此可以通过在地面上测量闭合试探小线圈
中的感应电动势来探测电缆的确切位置、走向和深度。当线
圈平面平行地面测量时,在地面上a、c两处测得试探线圈
中的电动势为零,b、d两处线圈中的电动势不为零;当线圈
平面与地面成45°夹角时,在b、d两处测得试探线圈中的
电动势为零。经过测量发现,a、b、c、d恰好位于边长为1
米的正方形的四个顶角上,如图所示。据此可以判定地下电
缆在 两点连线的正下方,离地表面的深度为 米。14.ac,
0.71
1/22
三、计算题
15.磁悬浮列的原理如图所示,在水平面上,两根平行长直
金属导轨间有竖直方向且等距离的匀强磁场B1和B2,导轨上
有金属框abcd。当匀强磁场B1和B2同时以速度v沿直金属
导轨向右运动时,金属框abcd也会沿直金属导轨运动。如
果导轨间距L=0.4m,B1=B2=1T,磁场运动速度v=5m/s,金属
框电阻R=2Ω。试求:
(1)金属框为什么会运动?若金属框不受阻力,金属框如
何运动?
(2)如金属框所受阻力f=1N,金属框最大速度为多大?
(3)如金属框受阻力
f=1N,要使金属框维
持以最大速度运动,
每秒钟需要消耗多少v 能量?这些能量由谁提供的?
15、解(1)线框相对磁场向左运动,产生感应电流,线框在
安培力作用下向右加速,当v=5m/sw时相对磁场静止,无感
应电流,无安培力,匀速运动。∴线框先加速后匀速(2)
4B2L2(vvm)2BL(vvm)I= ∴f= vm=v-fR1.875m/s 22RR4BL
(3)消耗能量由二部分组成:线框中产生的焦耳热和克服阻
力做功,P=I
16、(.2002 S 16分)如图所示为利用电磁作用输送非导电
液体装置的示意图,一边长为L,截面为正方形的塑料管道
水平放置,其右端面上有一截面积为A的小喷口,喷口离地
面的高度为h。管道中有一绝缘活塞,在活塞的中部和上部
分别嵌有两根金属棒a,b,其中棒b的两端与一电压表相连,
整个装置放在竖直向上的均匀磁场中,当棒a中有垂直面向
里的恒定电流I时,活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出,
液体落点离喷口水平距离为s,若液体的密度为ρ,不计所
有阻力,求:
(1)活塞移动的速度;
(2)该装置的功率
(3)磁感应强度B的大小
24B2L2(vvm)2R+fvm=R+fvm=5W W=Pt=5j
16.(1)设液体从喷口水平射出的速度为内,活塞移动的速
度为v
v0
①
v0A
② v(
③
(2)设装置功率为P,△t时间内有△m质量的液体从
喷口射出
P△t=
④ 12AL2=sg2h =Vl 2)v0=AsL2g2h △m(v02-v2)
∵ △m=L2v△tρ ⑤
∴ P=Lvρ(v-v)=
A2
L4122202A2(1-)v03
∴ P=3A(L4A2)s3g2() 2h2L4
⑥
(3)∵ P=F⑦
∴ ⑧
∴ B=⑨
(4)∵ U=BLv
∴ 喷口液体的流量减少,活塞移动速度减小,
或磁场变小等会引起电压表读数变小
17、(2011上海徐汇区二模)如图所示是一种磁动力电梯的模拟机,即在竖直平面内有两根很长的平行竖直轨道,轨道间有垂直轨道平面的匀强磁场B1和B2,且B1和B2的方向相反,B1=B2=1T,电梯桥厢固定在如图所示的一个用超导材料制成的
11
安
v
1
2
Lρv(v0-
22
A2L4
v02)=BILv
v02(L4A2)
2IL3
=
(L4A2)s2g
4IhL3
d
N
金属框abcd内(电梯桥厢在图中未画出),并且与之绝缘.电梯载人时的总质量为m=5×10kg,所受阻力大小为Ff=500N,金属框垂直轨道的边长为Lcd=2m,两磁场的宽度均与金属框的边长Lac相同,金属框整个回路的电阻为R=1.0×10Ω,问:
(1)假如两磁场始终竖直向上做匀速运动。设计要求电梯以v1=10m/s的速度向上匀速运动,那么,磁场向上运动的速度v0应该为多大?
(2)假如t=0时两磁场由静止开始向上做匀加速运动,加速度大小为a=1.5m/s,电梯可近似认为过一小段时间后也由静止开始向上做匀加速运动,t=5s末电梯的速度多大?电梯运动的时间内金属框中消耗的电功率多大?从电梯开始运动到t=5s末时间内外界提供给系统的总能量为多大?
17、解、(1)电梯向上匀速运动时,框中感应电流大小为I=2B1Lcd(v0-v1)/R(1分),
金属框所受安培力F=2B1ILcd(1分),
安培力大小与重力和阻力之和相等,所以F=mg+F(f1分),
即4B1Lcd(v0-v1)/R=mg+F(,可得:v0=13.2m/sf2分)(1分),
(2)电梯向上匀加速运动时,金属框中感应电流大小为I=2B1Lcd(v2-v1)/R(1分),
12
2
2
2
-3
3
金属框所受安培力F=2B1ILcd,由牛顿定律得:F-mg-Ff=ma(1分),
22
即4B1Lcd(at-v1)/R-mg-Ff=ma(1分),
22
解得:v1=at-(mg+ma+Ff)R /4B1Lcd=3.9m/s(1分),
金属框中感应电流为:I=2B1Lcd(at-v1)/R=1.44×4
10A(1分),
25
金属框中的电功率为:P1=IR=2.07×10W(1分),
2
电梯上升高度为h=v1/2a=5.07m(1分),上升时间为t’=v1/a=2.6s(1分),
12
外界提供的总能量为E=mgh+Ffh+mv1+P1t’=8.3
2
5
×10J(1分)。
13