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习题1111.1选择题(1)一圆形线圈在磁场中作下列运动时,那些情况会产生感应电流()(A)沿垂直磁场方向平移;(B)以直径为轴转动,轴跟磁场垂直;(C)沿平行磁场方向平移;(D)以直径为轴转动,轴跟磁场平行。[答案:B](2)下列哪些矢量场为保守力场()(A)静电场;(B)稳恒磁场;(C)感生电场;(D)变化的磁场。[答案:A](3)用线圈的自感系数L来表示载流线圈磁场能量的公式221LIWm()(A)只适用于无限长密绕线管;(B)只适用于一个匝数很多,且密绕的螺线环;(C)只适用于单匝圆线圈;(D)适用于自感系数L一定的任意线圈。[答案:D](4)对于涡旋电场,下列说法不正确的是():(A)涡旋电场对电荷有作用力;(B)涡旋电场由变化的磁场产生;(C)涡旋场由电荷激发;(D)涡旋电场的电力线闭合的。[答案:C]11.2填空题(1)将金属圆环从磁极间沿与磁感应强度垂直的方向抽出时,圆环将受到。[答案:磁力](2)产生动生电动势的非静电场力是,产生感生电动势的非静电场力是,激发感生电场的场源是。[答案:洛伦兹力,涡旋电场力,变化的磁场](3)长为l的金属直导线在垂直于均匀的平面内以角速度ω转动,如果转轴的位置在,这个导线上的电动势最大,数值为;如果转轴的位置在,整个导线上的电动势最小,数值为。[答案:端点,221lB;中点,0]11.3一半径r=10cmB=0.8T的均匀磁场中.回路平面与B垂直.当回路半径以恒定速率trdd=80cm·s-1收缩时,求回路中感应电动势的大小.解:回路磁通2πrBBSm感应电动势大小40.0ddπ2)π(dddd2trrBrBttmV11.4一对互相垂直的相等的半圆形导线构成回路,半径R=5cm,如题11.4图所示.均匀磁场B=80×10-3T,B的方向与两半圆的公共直径(在Oz轴上)垂直,且与两个半圆构成相等的角当磁场在5ms内均匀降为零时,求回路中的感应电动势的大小及方向.解:取半圆形cba法向为i,题11.4图则cos2π21BRm同理,半圆形adc法向为j,则cos2π22BRm∵B与i夹角和B与j夹角相等,∴45则cosπ2RBm221089.8ddcosπddtBRtmV方向与cbadc相反,即顺时针方向.题11.5图11.5如题11.5图所示,载有电流I的长直导线附近,放一导体半圆环MeN与长直导线共面,且端点MN的连线与长直导线垂直.半圆环的半径为b,环心O与导线相距a.设半圆环以速度v平行导线平移.求半圆环内感应电动势的大小和方向及MN两端的电压NMUU.解:作辅助线MN,则在MeNM回路中,沿v方向运动时0dm∴0MeNM即MNMeN又∵babaMNbabaIvlvB0ln2dcos0所以MeN沿NeM方向,大小为babaIvln20M点电势高于N点电势,即babaIvUUNMln20题11.6图11.6如题11.6所示,在两平行载流的无限长直导线的平面内有一矩形线圈.两导线中的电流方向相反、大小相等,且电流以tIdd的变化率增大,求:(1)(2)解:以向外磁通为正则(1)]ln[lnπ2dπ2dπ2000dadbabIlrlrIrlrIabbaddm(2)tIbabdadltdd]ln[lnπ2dd011.7如题11.7图所示,用一根硬导线弯成半径为r的一个半圆.令这半圆形导线在磁场中以频率f绕图中半圆的直径旋转.整个电路的电阻为R.求:感应电流的最大值.题11.7图解:)cos(2π02trBSBm∴BfrfrBrBtrBtmmi222202ππ22π2π)sin(2πdd∴RBfrRIm22π11.8如题11.8图所示,长直导线通以电流I=5A,在其右方放一长方形线圈,两者共面.线圈长b=0.06m,宽a=0.04m,线圈以速度v=0.03m·s-1d=0.05m时线圈中感应电动势的大小和方向.题11.8图解:AB、CD运动速度v方向与磁力线平行,不产生感应电动势.DA产生电动势ADIvbvBblBvd2d)(01BC产生电动势)(π2d)(02daIvblBvCB∴回路中总感应电动势8021106.1)11(π2addIbvV方向沿顺时针.11.9长度为l的金属杆ab以速率v在导电轨道abcd上平行移动.已知导轨处于均匀磁场B中,B的方向与回路的法线成60°角(如题11.9图所示),B的大小为B=kt(k为正常).设t=0时杆位于cd处,求:任一时刻t导线回路中感应电动势的大小和方向.解:22212160cosdklvtlvktBlvtSBm∴klvttmdd即沿abcd方向顺时针方向.题11.9图11.10一矩形导线框以恒定的加速度向右穿过一均匀磁场区,B的方向如题11.10图所示.取逆时针方向为电流正方向,画出线框中电流与时间的关系(设导线框刚进入磁场区时t=0).解:如图逆时针为矩形导线框正向,则进入时0ddt,0;题11.10图(a)题11.10图(b)在磁场中时0ddt,0;出场时0ddt,0,故tI曲线如题10-9图(b)所示.题11.11图11.11导线ab长为l,绕过O点的垂直轴以匀角速转动,aO=3l磁感应强度B平行于转轴,如图11.11所示.试求:(1)ab两端的电势差;(2)ba,两端哪一点电势高?解:(1)在Ob上取drrr一小段则320292dlOblBrrB同理302181dlOalBrrB∴2261)92181(lBlBObaOab(2)∵0ab即0baUU∴b点电势高.题11.12图11.12如题11.12图所示,长度为b2的金属杆位于两无限长直导线所在平面的正中间,并以速度v平行于两直导线运动.两直导线通以大小相等、方向相反的电流I,两导线相距2a.试求:金属杆两端的电势差及其方向.解:在金属杆上取rd距左边直导线为r,则babaIvrrarIvlBvbabaBAABlnd)211(2d)(00∵0AB∴实际上感应电动势方向从AB,即从图中从右向左,∴babaIvUABln0题11.13图11.13磁感应强度为B的均匀磁场充满一半径为R的圆柱形空间,一金属杆放在题11.13图中位置,杆长为2R,其中一半位于磁场内、另一半在磁场外.当tBdd>0时,求:杆两端的感应电动势的大小和方向.解:∵bcabactBRBRttabdd43]43[dddd21tabdd2tBRBRtdd12π]12π[dd22∴tBRRacdd]12π43[22∵0ddtB∴0ac即从ca11.14半径为R的直螺线管中,有dtdB>0的磁场,一任意闭合导线abca,一部分在螺线管内绷直成ab弦,a,b两点与螺线管绝缘,如题10-13图所示.设ab=R,试求:闭合导线中的感应电动势.解:如图,闭合导线abca内磁通量)436π(22RRBSBm∴tBRRidd)436π(22∵0ddtB∴0i,即感应电动势沿acba,逆时针方向.题11.14图题11.15图11.15如题11.15图所示,在垂直于直螺线管管轴的平面上放置导体ab于直径位置,另一导体cd在一弦上,导体均与螺线管绝缘.当螺线管接通电源的一瞬间管内磁场如题11.15图示(1)ab(2)cd解:由lStBlEdddd旋知,此时旋E以O为中心沿逆时针方向.(1)∵ab是直径,在ab上处处旋E与ab垂直∴ll0d旋∴0ab,有baUU(2)同理,0dlEcddc旋∴0cdUU即dcUU题11.16图11.16一无限长的直导线和一正方形的线圈如题11.16图所示放置(导线与线圈接触处绝缘).求:线圈与导线间的互感系数.解:设长直电流为I,其磁场通过正方形线圈的互感磁通为32300122lnπ2dπ2aaIarrIa∴2lnπ2012aIM11.17两线圈顺串联后总自感为1.0H,在它们的形状和位置都不变的情况下,反串联后总自感为0.4H.试求:它们之间的互感.解:∵顺串时MLLL221反串联时MLLL221∴MLL415.04LLMH题11.18图11.18一矩形截面的螺绕环如题11.18图所示,共有N(1)(2)若导线内通有电流I,环内磁能为多少?解:如题11.18图示(1)通过横截面的磁通为baabNIhrhrNIlnπ2dπ200磁链abIhNNlnπ220∴abhNILlnπ220(2)∵221LIWm∴abhINWmlnπ422011.19一无限长圆柱形直导线,其截面各处的电流密度相等,总电流为I.求:导线内部单位长度上所储存的磁能.解:在Rr时20π2RIBr∴4222002π82RrIBwm取rrVdπ2d(∵导线长1l)则RRmIRrrIrrwW00204320π16π4dd2
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