大学物理第八章答案

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第八章 电磁感应 电磁场

8 －1 一根无限长平行直导线载有电流I，一矩形线圈位于导线平面内沿垂直于载流导线方向以恒定速率运动（如图所示），则（ ）

（A） 线圈中无感应电流

（B） 线圈中感应电流为顺时针方向

（C） 线圈中感应电流为逆时针方向

（D） 线圈中感应电流方向无法确定

分析与解 由右手定则可以判断，在矩形线圈附近磁场垂直纸面朝里，磁场是非均匀场，距离长直载流导线越远，磁场越弱．因而当矩形线圈朝下运动时，在线圈中产生感应电流，感应电流方向由法拉第电磁感应定律可以判定．因而正确答案为（B）．

8 －2 将形状完全相同的铜环和木环静止放置在交变磁场中，并假设通过两环面的磁通量随时间的变化率相等，不计自感时则（ ）

（A） 铜环中有感应电流，木环中无感应电流

（B） 铜环中有感应电流，木环中有感应电流

（C） 铜环中感应电动势大，木环中感应电动势小

（D） 铜环中感应电动势小，木环中感应电动势大

分析与解 根据法拉第电磁感应定律，铜环、木环中的感应电场大小相等， 但在木环中不会形成电流．因而正确答案为（A）．

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8 －3 有两个线圈，线圈1 对线圈2 的互感系数为M21 ，而线圈2 对线圈1的互感系数为M12 ．若它们分别流过i1 和i2 的变化电流且di1di2，并 dtdt设由i2变化在线圈1 中产生的互感电动势为ε12 ，由i1 变化在线圈2 中产生的互感电动势为ε21 ，下述论断正确的是（ ）．

（A）M12 M21 ，ε21 ε12

（B）M12 M21 ，ε21 ε12

（C）M12 M21， ε21 ε12

（D）M12 M21 ，ε21 ε12

分析与解 教材中已经证明M21 ＝M12 ，电磁感应定律ε21 M21 di1；dtε12 M12di2．因而正确答案为（D）． dt

8 －4 对位移电流，下述四种说法中哪一种说法是正确的是（ ）

（A） 位移电流的实质是变化的电场

（B） 位移电流和传导电流一样是定向运动的电荷

（C） 位移电流服从传导电流遵循的所有定律

（D） 位移电流的磁效应不服从安培环路定理

分析与解 位移电流的实质是变化的电场．变化的电场激发磁场，在这一点位移电流等效于传导电流，但是位移电流不是走向运动的电荷，也就不服从焦耳热效应、安培力等定律．因而正确答案为（A）．

8 －5 下列概念正确的是（ ）

（A） 感应电场是保守场

（B） 感应电场的电场线是一组闭合曲线

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（C） Φm LI，因而线圈的自感系数与回路的电流成反比

（D） Φm LI，回路的磁通量越大，回路的自感系数也一定大

分析与解 对照感应电场的性质，感应电场的电场线是一组闭合曲线．因而 正确答案为（B）．

8 －6 一铁心上绕有线圈100匝，已知铁心中磁通量与时间的关系为Φ 8.0 105sin100πt Wb ，求在t 1.0 10 2s时，线圈中的感应电动势．

分析 由于线圈有N 匝相同回路，线圈中的感应电动势等于各匝回路的感应电动势的代数和，在此情况下，法拉第电磁感应定律通常写成

ξ NdΦdψ ，其中ψ NΦ称为磁链． dtdt

解 线圈中总的感应电动势

ξ NdΦ 2.51 cos 100π t dt

2当t 1.0 10s 时，ξ 2.51V．

8 －7 有两根相距为d 的无限长平行直导线，它们通以大小相等流向相反的电流，且电流均以dI的变化率增长．若有一边长为d 的正方形线圈与两dt

导线处于同一平面内，如图所示．求线圈中的感应电动势．

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分析 本题仍可用法拉第电磁感应定律ξ dΦ来求解．由于回路处在非dt

均匀磁场中，磁通量就需用Φ B dS来计算（其中B 为两无限长直电流S

单独存在时产生的磁感强度B1 与B2 之和）．

为了积分的需要，建立如图所示的坐标系．由于B 仅与x 有关，即B B(x)，故取一个平行于长直导线的宽为ｄx、长为d 的面元ｄS，如图中阴影部分所示，则dS ddx，所以，总磁通量可通过线积分求得（若取面元dS dxdy，则上述积分实际上为二重积分）．本题在工程技术中又称为互感现象，也可用公式EM Mdl求解． dt

解1 穿过面元ｄS 的磁通量为

dΦ B dS B1 dS B2 dS

因此穿过线圈的磁通量为 μ0IμIddx 0ddx 2πx d2πx

Φ dΦ 2d

d2dμIdμ0IdμId30x dx 0ln d2πx d2πx2π4

再由法拉第电磁感应定律，有

E dΦ μ0d3 dI ln dt 2π4 dt

解2 当两长直导线有电流I 通过时，穿过线圈的磁通量为

Φ

线圈与两长直导线间的互感为 μ0dI3ln 2π4

M

当电流以Φμ0d3 ln I2π4dl变化时，线圈中的互感电动势为 dt

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E MdI μ0d3 dI ln dt 2π4 dt

试想：如线圈又以速率v 沿水平向右运动，如何用法拉第电磁感应定律求图示位置的电动势呢？此时线圈中既有动生电动势，又有感生电动势．设时刻t，线圈左端距右侧直导线的距离为ξ，则穿过回路的磁通量

Φ B dS f 1,ξ ，它表现为变量I和ξ的二元函数，将Φ代入E SdΦ dt即可求解，求解时应按复合函数求导，注意，其中dξ v，再令ξ＝d 即可dt

求得图示位置处回路中的总电动势．最终结果为两项，其中一项为动生电动势，另一项为感生电动势．

8 －8 有一测量磁感强度的线圈，其截面积S ＝4.0 cm2 、匝数N ＝160 匝、电阻R ＝50Ω．线圈与一内阻Ri＝30Ω的冲击电流计相连．若开始时，线圈的平面与均匀磁场的磁感强度B 相垂直，然后线圈的平面很快地转到与B 的方向平行．此时从冲击电流计中测得电荷值q 4.0 10C．问此均匀磁场的磁感强度B 的值为多少？

分析 在电磁感应现象中，闭合回路中的感应电动势和感应电流与磁通量变化的快慢有关，而在一段时间内，通过导体截面的感应电量只与磁通量变化的大小有关，与磁通量变化的快慢无关．工程中常通过感应电量的测定来确定磁场的强弱．

解 在线圈转过90°角时，通过线圈平面磁通量的变化量为 5

ΔΦ Φ2 Φ1 NBS 0 NBS 因此，流过导体截面的电量为q ΔΦNBS R RiR Ri

q R Ri 0.050T NS则 B

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8 －9 如图所示，一长直导线中通有I ＝5.0 A 的电流，在距导线9.0 cm处，放一面积为0.10 cm2 ，10 匝的小圆线圈，线圈中的磁场可看作是均匀的．今在1.0 ×102 s 内把此线圈移至距长直导线10.0 cm 处．求：（1） －

线圈中平均感应电动势；（2） 设线圈的电阻为1.0×102Ω，求通过线圈－

横截面的感应电荷．

分析 虽然线圈处于非均匀磁场中，但由于线圈的面积很小，可近似认为穿过线圈平面的磁场是均匀的，因而可近似用ψ NBS来计算线圈在始、末两个位置的磁链．

解 （1） 在始、末状态，通过线圈的磁链分别为

ψ1 NB1S Nμ0ISNμ0IS,ψ2 NB2S 2πr12πr2

则线圈中的平均感应电动势为

ΔΦNμ0IS 11 8 1.11 10V Δt2πΔt r1r2

电动势的指向为顺时针方向．

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（2） 通过线圈导线横截面的感应电荷为

E dΦ dt

8 －10 如图（ａ）所示，把一半径为R 的半圆形导线OP 置于磁感强度为B的均匀磁场中，当导线以速率v 水平向右平动时，求导线中感应电动 …… 此处隐藏：6138字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……