第八章电磁感应电磁场

第八章 电磁感应 电磁场

一、选择题

1. 尺寸相同的铁环与铜环所包围的面积中，通以相同变化率的磁通量，则环中： (A) 感应电动势不同, 感应电流不同. (B) 感应电动势相同，感应电流相同. (C) 感应电动势不同, 感应电流相同. (D) 感应电动势相同，感应电流不同.

2. 如图14.1所示，一载流螺线管的旁边有一圆形线圈，欲使线圈产生图示方向的感应电流i，下列哪种情况可以做到？

i (A) 载流螺线管向线圈靠近；

(B) 载流螺线管离开线圈；

I (C) 载流螺线管中电流增大；

图14.1

(D) 载流螺线管中插入铁芯.

3. 在一通有电流I的无限长直导线所在平面内, 有一半径为r、电阻为R的导线环,环中心距直导线为a，如图14.2所示，且a>>r.当直导线的电流被切断后,沿导线环流过的电量约为

?0Ir211(?). (A)

2?Raa?r?0Ia2(B)

. 2rR?Ira?r(C) 0ln.

2?Ra?0Ir2

(D) .

2aR

I r a 图14.2

4. 如图14.3所示，导体棒AB在均匀磁场中绕通过C点的垂直于棒长且沿磁场方向的轴OO?转动(角速度?与B同方向), BC的长度为棒长的1/3. 则:

(A) A点比B点电势高. (B) A点与B点电势相等. (C) A点比B点电势低.

A B O C O? 图14.3

B (D) 有稳恒电流从A点流向B点.

5. 如图14.4所示,直角三角形金属框架abc放在均匀磁场中,磁场B平行于ab边,bc的长度为l .当金属框架绕ab边以匀角速度?转动时,abc回路中的感应电动势ε和a、c两点的电势差Ua?Uc为

(A) ε= 0, Ua?Uc= B? l2/2 . (B) ε= B? l2, Ua?Uc=B? l2/2 . (C) ε= 0, Ua?Uc= ?B? l/2. (D) ε= B? l2 , Ua?Uc= ?B? l2/2 .

a 图14.4

2

b ? l B c 6.一块铜板放在磁感应强度正在增大的磁场中时,铜板中出现涡流（感应电流），则涡流将：

(A) 减缓铜板中磁场的增加.

(B) 加速铜板中磁场的增加. (C) 对磁场不起作用. (D) 使铜板中磁场反向.

7. 磁感应强度为B的均匀磁场被限制在圆柱形空间内，.B的大小以速率dB/dt>0变化，在磁场中有一等腰三角形ACD导线线圈如图15.1放置,在导线CD中产生的感应电动势为ε1,在导线CAD中产生的感应电动势为ε2,在导线线圈ACDA中产生的感应电动势为ε. 则：

(A) ε1= ?ε2 , ε=ε1+ε2 =0. (B) ε1>0, ε2<0 , ε=ε1+ε2 >0. (C) ε1>0, ε2>0 , ε=ε1?ε2 <0. (D) ε1>0, ε2>0 , ε=ε2?ε1>0.

× × × B O × × ? ×C × × × A 图15.1

D 8. 自感为0.25H的线圈中,当电流在(1/16)s内由2A均匀减小到零时, 线圈中自感电动

势的大小为:

(A) 7.8?10?3V. (B) 2.0V. (C) 8.0V. (D) 3.1?10?2V. B O 9. 匝数为N的矩形线圈长为a宽为b,置于均匀磁场B中.线圈以C D 角速度?旋转,如图15.2所示,当t=0时线圈平面处于纸面,且AC边向

a 外,DE边向里.设回路正向ACDEA. 则任一时刻线圈内感应电动势为

b (A) ?abNB? sin?t E A (B) abNB? cos?t

O? (C) abNB? sin?t

图15.2 (D) ?abNB? cos?t

10. 用导线围成如图15.3所示的正方形加一对角线回路,中心为O

点, 放在轴线通过O点且垂直于图面的圆柱形均匀磁场中. 磁场方向垂直图面向里, 其大小随时间减小, 则感应电流的流向在图18.2的四图中应为:

× × O I1 I3 I2 × × (A)

× × O I1 I2 × × (B)

图15.3

× × O I1 I3 I2 × × (C)

× × O I1 I2 × × (D)

, 11. 两个通有电流的平面圆线圈相距不远,如果要使其互感系数近似为零,则应调整线圈的取向,使:

(A) 两线圈平面都平行于两圆心的连线. (B) 两线圈平面都垂直于两圆心的连线. (C) 两线圈中电流方向相反.

(D) 一个线圈平面平行于两圆心的连线，另一个线圈平面垂直于两圆心的连线. 12. 对于线圈其自感系数的定义式为L=?m/I.当线圈的几何形状,大小及周围磁介质分

布不变,且无铁磁性物质时,若线圈中的电流变小,则线圈的自感系数L (A) 变大,与电流成反比关系. (B) 变小. (C) 不变.

(D) 变大,但与电流不成反比关系.

13. 一截面为长方形的环式螺旋管共有N匝线圈,其尺寸如图16.1所示.则其自感系数为

(A) ?0N2(b?a)h/(2?a). (B) [?0N2h/(2?)]ln(b/a). (C) ?0N2(b?a)h/(2?b). (D) ?0N2(b?a)h/[?(a+b).

的圆形大线圈C2的中心,两者同轴共面.则此二线圈的互感系数M为

(A) ?0N2N2?R/2. (B) ?0N2N2?R2/(2r). (C) ?0N2N2?r2/(2R). (D) ?0N2N2?r/2.

15. 可以利用超导线圈中的持续大电流的磁场储存能量, 要储存1kW?h的能量,利用1.0T的磁场需要的磁场体积为V, 利用电流为500A的线圈储存1kW?h的能量,线圈的自感系数为L. 则

(A) V=9.05m3, L=28.8H. (B) V=7.2×106m3, L=28.8H. (C) V=9.05m3, L=1.44×104H. (D) V=7.2×106m3, L=1.44×104H.

O? 图16.2

O h a 图16.1

b 14. 一圆形线圈C1有N1匝,线圈半径为r.将此线圈放在另一半径为R(R>>r),匝数为N2

16. 如图17.1所示，平板电容器(忽略边缘效应)充电时, 沿环路L1、L2磁场强度H的环流中, 必有：

?H?dl>?H?dl. (B) ?H?dl=?H?dl. (C) ?H?dl

(A)

L1L2L1L2L1 图17.1

L1L1L2L2 17. 关于位移电流,下述四种说法哪一种说法正确. (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－楞次定律. (D) 位移电流的磁效应不服从安培环路定理.

18. 一平面电磁波在非色散无损耗的媒质里传播，测得电磁波的平均能流密度为3000W/m2，媒质的相对介电常数为4，相对磁导率为1，则在媒质中电磁波的平均能量密度

为:

(A) 1000J/m3. (B) 3000J/m3 .

－

(C) 1.0×105J/m3 .

－

(D) 2.0×105J/m

19. 电磁波的电场强度E、磁场强度H和传播速度u的关系是: (A) 三者互相垂直，而且E和H相位相差?/2.

(B) 三者互相垂直，而且E、H、u构成右手螺旋直角坐标系. (C) 三者中E和H是同方向的，但都与u垂直.

(D) 三者中E和H可以是任意方向，但都必须与u垂直.

20. 设在真空中沿着x轴正方向传播的平面电磁波，其电场强度的波的表达式是，Ez=E0cos2?(νt?x/?), 则磁场强度的波的表达式是：

(A) H y =(B) Hz =

?0/?0E0cos2?(νt?x/?). ?0/?0E0cos2?(νt?x/?). ?0/?0E0cos2?(νt?x/?). ?0/?0E0cos2?(νt+x/?).

(C) H y =－(D) Hy =－

二、填空题

1. 如图14.5所示，半径为r1的小导线环，置于半径为r2的大导线环中心，二者在同一平面内，且r1<

2. 如图14.6所示，长直导线中通有电流I，有一与长直导线共面且垂直于导线的细金属棒AB，以速度v平行于长直导线作匀速运动. (1) 金属棒AB两端的电势UA UB (填 ?、?、?). (2) 若将电流I反向，AB两端的电势UA UB (填 ?、?、?). (3) 若将金属棒与导线平行放置，AB两端的电势UA UB (填 ?、?、?).

3. 半径为R的金属圆板在均匀磁场中以角速度?绕中心轴旋转,均匀磁场的方向平行于转轴,如图14.7所示.这时板中由中心至同一边缘点的不同曲线上总感应电动势的大小为 ,方向 .

4. 如图15.4所示. 匀强磁场局限于半径为R的圆柱形空间区域, B垂直于纸面向里,磁感应强度B以dB/dt=常量的速率增加. D点在柱形空间内, 离轴线的距离为r1, C点在圆柱形空间外, 离轴线上的距离为r2 . 将一电子(质量为m,电量为－e)置于D点,则电子的加速度为aD= ,方向向 ;置于C点时，电子的

c R O x B a 图15.5 图15.4

v r1 r2 图14.5

I A 图14.6

B B O ? D ? × r 图×14.7 O 1 O? ? C B r2 R × × z y b 加速度为aC= ,方向向 . 5. 半径为a的长为l(l>>a)密绕螺线管,单位长度上的匝数为n, 则此螺线管的自感系数为 ;当通以电流I=Im sin?t时,则在管外的同轴圆形导体回路(半径为r>a)上的感生电动势大小为 . 6. 一闭合导线被弯成圆心在O点半径为R的三段首尾相接的圆弧线圈:弧ab, 弧bc, 弧ca. 弧ab位于xOy平面内,弧bc位于yOz平面内,弧ca位于zOx平面内. 如图15.5所示.均匀磁场B沿x轴正向,设磁感应强度B随时间的变化率为dB/dt=k(k>0),则闭合回路中的感应电动势为 ,圆弧bc中感应电流的方向为

7. 如图16.2所示,有一根无限长直导线绝缘地紧贴在矩形线圈的中心轴OO?上,则直导线与矩形线圈间的互感系数2a 为 .

8.边长为a和2a的两正方形线圈A、B,如图16.3所示地同轴O 放置,通有相同的电流I,线圈A的电流所产生的磁场通过线圈B的磁通量用?BA表示,线圈B的电流所产生的磁场通过线圈A的磁通

图16.3 量用?AB表示,则二者大小相比较的关系式为 .

9. 半径为R的无线长圆柱形导体,大小为I的电流均匀地流过导体截面.则长为L的一段导线内的磁场能量W= .

10. 反映电磁场基本性质和规律的麦克斯韦方程组的积分形式为:

a O? ?D?dS?? ρdV ① ?E?dl?????B?t??dS ② ?B?dS?0 ③ ?H?dl???j??D?t??dS ④

SV0lSSlS

试判断下列结论是包含或等效于哪一个麦克斯韦方程式的. 将你确定的方程式用代号填在相应结论后的空白处.

(1) 变化的磁场一定伴随有电场: ; (2) 磁感应线是无头无尾的: ; (3) 电荷总伴随有电场: .

三、计算题

1. 如图14.8所示，长直导线AC中的电流I沿导线向上，并以dI /dt = 2 A/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，位置及线框尺寸如图所示. 求此线框中产生的感应电动势的大小和方向.

2. 一很长的长方形的U形导轨，与水平面成? 角，裸导线可在导轨上无摩

A 5cm 10cm 图14.8 I 20cm C B a l b d c 图14.9

? 擦地下滑，导轨位于磁感强度B垂直向上的均匀磁场中，如图14.9所示. 设导线ab的质量

为m，电阻为R，长度为l，导轨的电阻略去不计, abcd形成电路. t=0时，v=0. 求：(1) 导线ab下滑的速度v与时间t的函数关系; (2) 导线ab的最大速度vm .

3 在半径为R的圆柱形空间中存在着均匀磁场B,B的方向与柱的轴线平行.有一长为2R

的金属棒MN放在磁场外且与圆柱形均匀磁场相切,切点为金属棒的中点,金属棒与磁场B的轴线垂直.如图15.6所示.设B随时间的变化率dB/dt为大于零的常量.求:棒上感应电动势的大小,并指出哪一个端点的电势高.

(分别用对感生电场的积分εi=?lEi·dl和法拉第电磁感应定律εi=－d?/dt两种方法解).

4. 电量Q均匀分布在半径为a,长为L(L>>a)的绝缘薄壁长圆筒表面上,圆筒以角速度?绕中心轴旋转.一半径为2a,电阻为R总匝数为N的圆线圈套在圆筒上,如图15.7所示.若圆筒转速按?=?0(1?t/t0)的规律(?0,t0为已知常数)随时间线性地减小,求圆线圈中感应电流的大小和流向.

5 两半径为a的长直导线平行放置,相距为d,组成同一回路,求其单位长度导线的自感系数L0.

6．如图所示，金属圆环半径为R，位于磁感应强度为B的均匀磁场中，圆环平面与磁场方向垂直。当圆环以恒定速度v在环所在平面内运动时，求环中的感应电动势及环上位于与运动方向垂直的直径两端a、b间的电势差

7．如图所示，长直导线中通有电流I?5.0A，在与其相距d?0.5cm 处放有一矩形线圈，共1000匝，设线圈长l?4.0cm，宽a?2.0cm。 不计线圈自感，若线圈以速度v?3.0cm/s沿垂直于长导线的方向向右 运动，线圈中的感生电动势多大？

8．如图所示，长直导线中通有电流强度为I的电流，长为l的金属棒ab与长直导线共面且垂直于导线放置，其a端离导线为d，并以速度v平行于长直导线作匀速运动，求金属棒中的感应电动势?并比较Ua、Ub的电势大小。

9．电流为I的无限长直导线旁有一弧形导线，圆心角为120， 几何尺寸及位置如图所示。求当圆弧形导线以速度v平行于长直

ABR × × O B × × M N a 2a z ? 2R 图15.6

L 图15.7

?O导线方向运动时，弧形导线中的动生电动势。

10．电阻为R的闭合线圈折成半径分别为a和2a的两个圆，如图所示，将其置于与两圆平面垂直的匀强磁场内，磁感应强度按

B?B0sin?t的规律变化。已知a?10cm，B0?2?10?2T，

??50rad/s，R?10?，求线圈中感应电流的最大值。

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