大学物理简明教程第三版课后习题答案

dr垂直.当回路半径以恒定速率dt=80cm·s-1 收缩时,求回路中感应电动势的大

小.

??BS?Bπr2m解: 回路磁通

感应电动势大小

??d?mddr?(Bπr2)?B2πr?0.40dtdtdt V

题7-2图

7-2 如题7-2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 UM?UN.

?MNMeNMv解: 作辅助线,则在回路中,沿方向运动时d?m?0

∴ ?MeNM?0 即 ?MeN??MN

又∵

?MN??vBcos?da?ba?bl??0Iva?bln?02?a?b

所以?MeN沿NeM方向,

?0Iva?bln2?a?b 大小为

M点电势高于N点电势,即

?0Iva?bln2?a?b

UM?UN?56

题7-3图

7-3如题7-3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

dI导线中的电流方向相反、大小相等,且电流以dt的变化率增大,求:

(1)任一时刻线圈内所通过的磁通量;(2)线圈中的感应电动势.解: 以向外磁通为正则

(1)

?m??b?a?0I2πrbldr??d?a?0I2πrdldr??0Il2π[lnb?ad?a?ln]bd

(2)

???d??0ld?ab?adI?[ln?ln]dt2πdbdt

7-4 如题7-4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-1线平移远离.求:d=0.05m时线圈中感应电动势的大小和方向.

垂直于直

题7-4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

??I????1??(v?B)?dl?vBb?vb0D2?d

ABC产生电动势

?2??CB???(v?B)?dl??vb?0I2π(a?d)

57

∴回路中总感应电动势

???1??2??0Ibv12π1(?)?1.6?10?8dd?a V

方向沿顺时针.

7-5 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

???BBB于均匀磁场中,的方向与回路的法线成60°角(如题7-5图所示),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.

??11?m??B?dS?Blvtcos60??kt2lv?klvt222解:

???d?m??klvtdt

即沿abcd方向顺时针方向.

题7-5图

?7-6 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

7-6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).

d??0解: 如图逆时针为矩形导线框正向,则进入时dt,??0;

题7-6图(a)图(b)

d??0dt在磁场中时,??0;

58

题7-6

d??0dt出场时,??0,故I?t曲线如题7-6图(b)所示.

题7-7图

l7-7 一导线ab长为l,绕过O点的垂直轴以匀角速?转动,aO=3磁感应强

度B平行于转轴,如图10-10所示.试求:

(1)ab两端的电势差; (2)a,b两端哪一点电势高? 解: (1)在Ob上取r?r?dr一小段

?Ob???rBdr??Oa???rBdr?l302l302B?2l9 1B?l218

同理

?ab??aO??Ob?(?121?)B?l2?B?l21896

(2)∵ ?ab?0 即Ua?Ub?0 ∴b点电势高.

题7-8图

7-8 一无限长的直导线和一正方形的线圈如题7-8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

?12??2a3a3?0Ia2πrdr??0Ia2πln2

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M??12I??0a2πln2

题7-9图

7-9 两根平行长直导线,横截面的半径都是a,中心相距为d,两导线属于同一回路.设两导线内部的磁通可忽略不计,证明:这样一对导线长度为l的一段自感为

L?d?a?0l?Ina.

解: 如图7-9图所示,取dS?ldr 则

???d?aa(?0I2rπln??0I2π(d?r))ldr??0Il2π?d?aa?Ild?a11d(?)dr?0(ln?ln)rr?d2πad?a

??0Ilπd?aa

L??I??0lπlnd?aa

7-10 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 L?L1?L2?2M 反串联时L??L1?L2?2M ∴ L?L??4M

M?L?L??0.154H

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