法拉第电磁感应定律是电磁学中的核心概念,它描述了磁场变化如何产生电动势,进而产生电流。根据定律,闭合电路中感应电动势(E)的大小与穿过该闭合电路的磁通量(Φ)的变化率(dΦ/dt)成正比,即 E = -N(dΦ/dt),其中N是线圈的匝数。
1. 问题1中,正确答案是C。因为电动势与磁通量的变化率成正比,而不是与磁通量或磁感应强度直接成比例。
2. 问题2中,磁通量的变化量(D)和流过导体横截面的电荷量(E)是不变的,而磁通量的变化率(A)和感应电流的大小(B)会随着磁铁插入速度的不同而变化,消耗的机械功率(C)则取决于速度。
3. 问题3中,当线圈绕任意一直径做匀速转动时(C),线圈内的磁通量会变化,从而产生感应电流。
4. 问题4中,当线圈位于垂直磁场的位置时,磁通量最大但变化率最小,因此感应电动势最小(D)。
5. 为了增加感应电流,需要增加磁通量的变化率。将线圈半径增加一倍(C)可以增加面积,从而增加磁通量,使变化率增大。
6. 问题6中,感应电动势与磁通量的变化率成正比(C),而不是磁通量本身。
7. 问题7中,线圈中的感应电动势始终为磁通量变化率的函数,即E = dΦ/dt,若磁通量每秒均匀增加2Wb,则感应电动势始终为2V(C)。
8. 问题8中,当ef向左滑动时,左侧和右侧面积的改变相互抵消,但由于ef切割磁感线,感应电动势E=BLv(C),其中v=L/Δt,所以E=BLΔd/Δt。
9. 在南极上空自由下落的导线,其切割磁感线的速度增大,因此感应电动势(A)会增大。
10. 穿过线圈的磁通量的变化是ΔΦ=B(0.5-T0)S=0.4BS,平均变化率是ΔΦ/Δt=0.8BS/s,线圈中的感应电动势E=NΔΦ/Δt=20V。
能力提升部分:
11. 金属棒ab在垂直磁场中水平抛出,其感应电动势(C)保持不变,因为速度垂直于磁场,切割磁感线的速率不变。
12. 当突然撤销外力后,ab可能因感应电动势产生反电动势而减速,也可能因磁场作用力维持匀速运动(C),具体取决于初始条件。
13. 线框以不同方向平移出磁场时,电势差绝对值最大的情况通常是线框沿磁场方向平移,因为此时切割磁感线最剧烈。
14. 题目中的磁感应强度随时间变化的图像显示磁通量在开场的2s内变化最快,因此感应电动势最大,选项A正确。
以上内容详细阐述了法拉第电磁感应定律及其应用,包括感应电动势的产生、影响因素、计算方式以及实际问题的分析。