大学物理学第三版第十章参考答案(北京邮电 赵近芳)

习题十

10-1 一半径r =10cm 的圆形回路放在B =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

t

r d d =80cm ·s -1

收缩时，求回路中感应电动势的大小． 解: 回路磁通 2πr B BS m ==Φ 感应电动势大小

40.0d d π2)π(d d d d 2====

t

r

r B r B t t m Φε V 10-2 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10-2图所示．均匀磁

场B =80×10-3

T ，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α 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10-2图

则 αΦcos 2

π21B R m =

同理，半圆形adc 法向为j

，则

αΦcos 2

π22

B R m

=

∵ B 与i 夹角和B 与j

夹角相等，

∴ ︒

=45α 则 αΦcos π2R B m =

221089.8d d cos πd d -⨯-=-=Φ-

=t

B

R t m αεV 方向与cbadc 相反，即顺时针方向．

题10-3图

*10-3 如题10-3图所示，一根导线弯成抛物线形状y =2

ax ，放在均匀磁场中．B

与xOy 平

面垂直，细杆CD 平行于x 轴并以加速度a 从抛物线的底部向开口处作平动．求CD 距O 点为y 处时回路中产生的感应电动势．

解: 计算抛物线与CD 组成的面积内的磁通量

⎰

⎰=-==a

y m y B

x x y B S B 0

23

2322d )(2d 2α

αΦ

∴ v y B t y y B t m 2

1

212d d d d α

αε-=-=Φ-=

∵ ay v 22= ∴ 21

2y

a v =

则 α

α

εa

By

y a y

B

i 8222

12

1-=-

= i ε实际方向沿ODC ．

题10-4图 10-4 如题10-4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

N M U U -．

解: 作辅助线MN ，则在MeNM 回路中，沿v

方向运动时0d =m Φ ∴ 0=MeNM ε 即 MN MeN εε= 又∵ ⎰

+-<+-=

=b

a b

a MN b

a b

a Iv l vB 0ln 2d cos 0πμπε 所以MeN ε沿NeM 方向，

大小为

b

a b

a Iv -+ln 20πμ M 点电势高于N 点电势，即

b

a b

a Iv U U N M -+=

-ln 20πμ

题10-5图

10-5如题10-5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

t

I

d d 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) ]ln [ln

π2d π2d π2000d

a

d b a b Il

r l r I

r l r I

a

b b a

d d m +-+=

-=

⎰⎰

++μμμΦ (2) t

I

b a b d a d l t d d ]ln [ln π2d d 0+-+=-=μΦε 10-6 如题10-6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10-6图

解: )cos(2

π02

ϕωΦ+=⋅=t r B S B m ∴ Bf

r f r B r B t r B t m m i 222

202ππ22π2π)

sin(2

πd d ===+=-=ωεϕωωΦε

∴ R

Bf

r R I m

22π==ε 10-7 如题10-7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

垂直于直线平移远离．求：d =0.05m 时线圈中感应电动势的大小和方向．

题10-7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

⎰==⋅⨯=A

D I vb vBb l B v d

2d )(01πμε

BC 产生电动势

)

(π2d )(02d a I

vb

l B v C

B

+-=⋅⨯=⎰με

∴回路中总感应电动势

8021106.1)1

1

(π2-⨯=+-=

+=a

d d Ibv μεεε V 方向沿顺时针．

10-8 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10-8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: ⎰==︒=⋅=222

12160cos d klvt lv kt Blvt S B m Φ

∴ klvt t

m

-=-=d d Φε 即沿abcd 方向顺时针方向．

题10-8图

10-9 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10-9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

0d d <Φ

t

,0>ε； 题10-9图(a)题10-9图(b)

在磁场中时

0d d =t

Φ

,0=ε；