备战高考物理 法拉第电磁感应定律 推断题综合题及答案

备战高考物理法拉第电磁感应定律推断题综合题及答案
一、法拉第电磁感应定律
1．如图甲所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。

线圈的半径为r1。

在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示，图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0。

导线的电阻不计，求0至t1时间内
(1)通过电阻R1上的电流大小及方向。

(2)通过电阻R1上的电荷量q。

【答案】(1)
2
02
0 3
n B r
Rt
π
电流由b向a通过R1(2)
2
021
3
n B r t
Rt
π
【解析】
【详解】
(1)由法拉第电磁感应定律得感应电动势为
2
202
2
n B r
B
E n n r
t t t
π
π
∆Φ∆
===
∆∆
由闭合电路的欧姆定律，得通过R1的电流大小为
2
02
33
n B r
E
I
R Rt
π
==
由楞次定律知该电流由b向a通过R1。

(2)由
q
I
t
=得在0至t1时间内通过R1的电量为:
2
021
1
3
n B r t
q It
Rt
π
==
2．如图所示，在垂直纸面向里的磁感应强度为B的有界矩形匀强磁场区域内，有一个由均匀导线制成的单匝矩形线框abcd，线框平面垂直于磁感线。

线框以恒定的速度v沿垂直磁场边界向左运动，运动中线框dc边始终与磁场右边界平行，线框边长ad=l，cd=2l，线框导线的总电阻为R，则线框离开磁场的过程中，求：
（1）线框离开磁场的过程中流过线框截面的电量q；
（2）线框离开磁场的过程中产生的热量 Q；
（3）线框离开磁场过程中cd两点间的电势差U cd．
【答案】（1）22Bl q R =（2） 234B l v
Q R
=（3）43cd Blv U =
【解析】 【详解】
(1)线框离开磁场的过程中,则有：
2E B lv =g
E I R = q It = l t v
=
联立可得：2
2Bl q R
=
(2)线框中的产生的热量：
2Q I Rt
=
解得：234B l v
Q R
=
(3) cd 间的电压为：
2
3
cd U I R =g
解得：43
cd Blv
U =
3．如图所示，光滑的长平行金属导轨宽度d=50cm ，导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨上端电阻R=0.8Ω，其他电阻不计．导轨放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T ．金属棒ab 从上端由静止开始下滑，金属棒ab 的质量m=0.1kg ．（sin37°=0.6，g=10m/s 2）
（1）求导体棒下滑的最大速度；
（2）求当速度达到5m/s 时导体棒的加速度；
（3）若经过时间t ，导体棒下滑的垂直距离为s ，速度为v ．若在同一时间内，电阻产生的热与一恒定电流I 0在该电阻上产生的热相同，求恒定电流I 0的表达式（各物理量全部用字母表示）．
【答案】（1）18.75m/s （2）a=4.4m/s 2
（32
22mgs mv Rt
-
【解析】
【分析】根据感应电动势大小与安培力大小表达式，结合闭合电路欧姆定律与受力平衡方程，即可求解；根据牛顿第二定律，由受力分析，列出方程，即可求解；根据能量守恒求解；
解：（1）当物体达到平衡时，导体棒有最大速度，有：sin cos mg F θθ= ， 根据安培力公式有： F BIL =， 根据欧姆定律有： cos E BLv I R R
θ==， 解得： 222sin 18.75cos mgR v B L θ
θ
=
=；
（2）由牛顿第二定律有：sin cos mg F ma θθ-= ， cos 1BLv I A R
θ
=
=， 0.2F BIL N ==， 24.4/a m s =；
（3）根据能量守恒有：22012
mgs mv I Rt =
+ ， 解得： 2
02mgs mv
I Rt
-=
4．如图甲所示，光滑导体轨道PMN 和P ′M ′N ′是两个完全一样的轨道，是由半径为r 的四分之一圆弧轨道和水平轨道组成，圆弧轨道与水平轨道在M 和M ′点相切，两轨道并列平行放置，MN 和M ′N ′位于同一水平面上，两轨道之间的距离为L ，PP ′之间有一个阻值为R 的电阻，开关K 是一个感应开关(开始时开关是断开的)，MNN ′M ′是一个矩形区域内有竖直向上的磁感应强度为B 的匀强磁场，水平轨道MN 离水平地面的高度为h ，其截面图如图乙所示．金属棒a 和b 质量均为m 、电阻均为R ，在水平轨道某位置放上金属棒b ，静止不动，a 棒从圆弧顶端PP ′处静止释放后，沿圆弧轨道下滑，若两导体棒在运动中始终不接触，当两棒的速度稳定时，两棒距离2mR gr
x =
，两棒速度稳定之后，再经过一段时间，b 棒离开轨道做平抛运动，在b 棒离开轨道瞬间，开关K 闭合．不计一切摩擦和导轨电阻，已知重力加速度为g ．求：
(1)两棒速度稳定时的速度是多少？ (2)两棒落到地面后的距离是多少？
(3)从a 棒开始运动至b 棒离开轨道的过程中，回路中产生的焦耳热是多少？
【答案】(1)1v =x ∆=12Q mgr =
【解析】 【分析】 【详解】
（1）a 棒沿圆弧轨道运动到最低点M 时，由机械能守恒定律得：
2
012
mgr mv =
解得a 棒沿圆弧轨道最低点M 时的速度0v 从a 棒进入水平轨道开始到两棒达到相同速度的过程中，两棒在水平方向受到的安培力总是大小相等，方向相反，所以两棒的总动量守恒．由动量守恒定律得：
012mv mv =
解得两棒以相同的速度做匀速运动的速度0
12v v =
=（2）经过一段时间，b 棒离开轨道后，a 棒与电阻R 组成回路，从b 棒离开轨道到a 棒离开轨道过程中a 棒受到安培力的冲量大小：
2222A B L x
I ILBt BL Rit R
∆Φ===
由动量定理：
21A I mv mv --=
解得2v =
由平抛运动规律得，两棒落到地面后的距离(122
x v v ∆=-= （3）由能量守恒定律可知，a 棒开始运动至b 棒离开轨道的过程中，回路中产生的焦耳
热：220111
(2)22
Q mv m v =
- 解得：1
2
Q mgr =
5．如图所示，两平行光滑的金属导轨MN 、PQ 固定在水平面上，相距为L ，处于竖直向下的磁场中，整个磁场由n 个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2、3、…n 组成，从左向右依次排列，磁感应强度的大小分别为B 、2B 、3B 、…nB ，两导轨左端MP 间接入电阻R ，一质量为m 的金属棒ab 垂直于MN 、PQ 放在水平导轨上，与导轨电接触良好，不计导轨
和金属棒的电阻。

（1）对导体棒ab施加水平向右的力，使其从图示位置开始运动并穿过n个磁场区，求导体棒穿越磁场区1的过程中，通过电阻R的电荷量q。

（2）对导体棒ab施加水平向右的恒力F0，让它从磁场1左侧边界处开始运动，当向右运
动距离为时做匀速运动，求棒通过磁场区1所用的时间t。

（3）对导体棒ab施加水平向右的恒定拉力F1，让它从距离磁场区1左侧x=x0的位置由静止开始做匀加速运动，当棒ab进入磁场区1时开始做匀速运动，此后在不同的磁场区施加不同的水平拉力，使棒ab保持该匀速运动穿过整个磁场区，求棒ab通过第i磁场区时的水平拉力Fi和棒ab通过整个磁场区过程中回路产生的电热Q。

【答案】⑴；⑵；⑶
【解析】
试题分析:⑴电路中产生的感应电动势。

通过电阻的电荷量。

导体棒穿过1区过程。

解得
（2）棒匀速运动的速度为v，则
设棒在前x0/2距离运动的时间为t1，则
由动量定律：F0 t1-BqL=mv；解得：
设棒在后x0/2匀速运动的时间为t2，则
所以棒通过区域1所用的总时间：
（3）进入1区时拉力为，速度，则有。

解得；。

进入i区时的拉力。

导体棒以后通过每区都以速度做匀速运动，由功能关系有
解得。

考点：动能定理的应用；导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化
6．如图所示，两彼此平行的金属导轨MN 、PQ 水平放置，左端与一光滑绝缘的曲面相切，右端接一水平放置的光滑“>”形金属框架NDQ ，∠NDQ=1200，ND 与DQ 的长度均为L ，MP 右侧空间存在磁感应强度大小为B 、方向竖直向上的匀强磁场．导轨MN 、PQ 电阻不计，金属棒与金属框架NDQ 单位长度的电阻值为r ，金属棒质量为m ，长度与MN 、PQ 之间的间距相同，与导轨MN 、PQ 的动摩擦因数为．现让金属棒从曲面上离水平面高h 的位置由静止释放，金属棒恰好能运动到NQ 边界处．
(1)刚进入磁场时回路的电流强度i 0；
(2)棒从MP 运动到NQ 所用的时间为t ，求导轨MN 、PQ 的长度s ；
(3)棒到达NQ 后，施加一外力使棒以恒定的加速度a 继续向右运动，求此后回路中电功率的最大值p max ．
【答案】06(23)B gh
i r
=+；023(2)m gh umgt r
S ++=（）；22max 4(23)P r =+ 【解析】 【详解】
解：(1)金属棒从光滑绝缘曲面向下运动，机械能守恒，设刚进入MP 边界时，速度大小为
0v ，则：2
012
mgh mv =
解得：0v 2gh =
刚进入磁场时产生的感应电动势：10e Bdv = 导轨宽度：3d L =
回路电阻：(23)R Lr =+ 联立可得：06(23)B gh i r
=
+
(2)设长度为S ，从MP 到NQ 过程中的任一时刻，速度为i v ，在此后无穷小的t ∆时间内，
根据动量定理：22()i
i B d v umg t m v R
∑+∆=∑∆
22(3)(23)i i B L v t umg t m v Lr
+∑∆=∑∆+
2(23)i i v t umg t m v r
∑∆+∑∆=∑∆+
200(23)S umgt mv r
+=+
得：023(2)m gh umgt r
S ++=
（） (3)金属棒匀加速运动，v at =
切割磁感线的有效长度为：0
2
1'2cos60)tan 602
l L at =⋅-︒（ 产生感应电动势：E Bl v '=
221
2(cos60)tan 603()2
E B L at at Ba L at t =⋅︒-︒⋅=-
回路的瞬时电阻：
2022
121[2(cos60)tan 60(cos60)(23)()2cos602
R r L at L at r L at =︒-+︒-=+- 功率：
22222222222422
22
()[()]24(23)()(23)(23)E L L P at Lt a t R a a r L at r r
===-+=--++-++ 金属棒运动到D 点，所需的时间设为t '，则有： 211
22
L at '= 解得：L
t a
'=
当2L
t t a '=
<时， 22max 4(23)P r
=
+
7．如图甲所示，两根间距L =1.0m 、电阻不计的足够长平行金属导轨ab 、cd 水平放置，一端与阻值R =2.0Ω的电阻相连．质量m =0.2kg 的导体棒ef 在恒定外力F 作用下由静止开始运动，已知导体棒与两根导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为f =1.0N ，导体棒电阻为r =1.0Ω，整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场B 中，导体棒运动过程中加速度a 与速度v 的关系如图乙所示（取g =10m/s 2）．求：
（1）当导体棒速度为v 时，棒所受安培力F 安的大小（用题中字母表示）． （2）磁场的磁感应强度B ．
（3）若ef 棒由静止开始运动距离为S =6.9m 时，速度已达v ′=3m/s ．求此过程中产生的焦
耳热Q．
【答案】（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】
(1)当导体棒速度为v时,导体棒上的电动势为E,电路中的电流为I.
由法拉第电磁感应定律
由欧姆定律
导体棒所受安培力
联合解得:
(2)由图可以知道:导体棒开始运动时加速度 ,初速度 ,导体棒中无电流.
由牛顿第二定律知
计算得出:
由图可以知道:当导体棒的加速度a=0时,开始以做匀速运动
此时有:
解得:
(3)设ef棒此过程中,产生的热量为Q,
由功能关系知 :
带入数据计算得出
故本题答案是：（1）；（2）；（3）
【点睛】
利用导体棒切割磁感线产生电动势，在结合闭合电路欧姆定律可求出回路中的电流，即可求出安培力的大小，在求热量时要利用功能关系求解。

8．如图1所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，两导轨间距为l，电阻均可忽略不计。

在M和P之间接有阻值为R的定值电阻，导体杆ab质量为m、电阻为r，并与导轨接触良好。

整个装置处于方向竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场中。

现给ab杆一个初速度v0，使杆向右运动。

（1）当ab杆刚好具有初速度v0时，求此时ab杆两端的电压U；a、b两端哪端电势高；
（2）请在图2中定性画出通过电阻R 的电流i 随时间t 变化规律的图象；
（3）若将M 和P 之间的电阻R 改为接一电容为C 的电容器，如图3所示。

同样给ab 杆一个初速度v 0，使杆向右运动。

请分析说明ab 杆的运动情况。

【答案】（1）0Bl R
U R r
=
+v ；a 端电势高（2） （3）当ab 杆以初速度
v 0开始切割磁感线时，产生感应电动势，电路开始给电容器充电，有电流通过ab 杆，杆
在安培力的作用下做减速运动，随着速度减小，安培力减小，加速度也减小，杆做加速度减小的减速运动。

当电容器两端电压与感应电动势相等时，充电结束，杆以恒定的速度做匀速直线运动。

【解析】 【分析】
（1）求解产生感应电动势大小，根据全电路欧姆定律求解电流强度和电压，根据右手定则判断电势高低；
（2）分析杆的受力情况和运动情况，确定感应电流变化情况，由此画出图象；
（3）杆在向右运动过程中速度逐渐减小、由此分析安培力的变化，确定运动情况；根据动量定理求解最后的速度大小。

【详解】
（1）ab 杆切割磁感线产生感应电动势： E = Bl v 0 根据全电路欧姆定律：E
I R r
=
+ ab 杆两端电压即路端电压：U IR = 解得0Bl R
U R r
=
+v ；a 端电势高。

（2）杆在向右运动过程中速度逐渐减小、感应电动势逐渐减小，根据闭合电路的欧姆定律可得感应电流逐渐减小，通过电阻R 的电流i 随时间变化规律的图象如图所示：
（3）当ab 杆以初速度v 0开始切割磁感线时，产生感应电动势，电路开始给电容器充电，有电流通过ab 杆，杆在安培力的作用下做减速运动，随着速度减小，安培力减小，加速度也减小，杆做加速度减小的减速运动。

当电容器两端电压与感应电动势相等时，充电结束，杆以恒定的速度做匀速直线运动。

【点睛】
对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，重点是分析安培力作用下物体的平衡问题；另一条是能量，分析电磁感应现象中的能量如何转化是关键。

9．如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN 和PQ 固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.2m ，电阻R=0.4Ω，导轨上停放一质量m=0.1kg 、电阻r=0.1Ω的金属杆，导轨电阻忽略不计，整个装置处在磁感应强度B=0.5T 的匀强磁场中，磁场的方向竖直向下，现用一外力F 沿水平方向拉杆，使之由静止开始运动，若理想电压表示数U 随时间t 变化关系如图乙所示。

求：
(1)金属杆在5s 末的运动速率 (2)第4s 末时外力F 的功率
【答案】(1) 2.5m/s v = (2) 0.18W P = 【解析】(1)由题意，电压表的示数为R
U BLv R r
=⋅+ 5s 末电压表的示数0.2V U = ， 所以代入数据可得 2.5m/s v = (2)由R
U BLv R r
=
⋅+及U -t 图像可知,U 随时间均匀变化,导体棒在力F 作用下匀加速运动 ()1R r v U a t R BL t
+∆∆=
=⋅⋅∆∆ 代入数据可得20.5m/s a = 在4s 末，金属杆的切割速度为()1
2m/s R r v U R
BL
⋅'='+=
⋅
此时拉力F 为22B L v F ma R r
-
=+'
所以4s 末拉力F 的功率为0.18W P Fv =='
【点睛】本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，由电路的串联关系先求出电动势，再求出速度；由加速度的定义，求出加速度；根据瞬时功率的表达式，求出第5秒末外力F 的功率．
10．两平行金属导轨位于同一水平面上，相距l , 左端与一电阻R 相连；整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度大小为B ，方向竖直向下。

一质量为m 的导体棒置于导轨上，在水平外力作用下沿导轨以速率v 匀速向右滑动，滑动过程中始终保持与导轨垂直并接触良好。

已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g ，导轨和导体棒的电阻均可忽略。

求
(1)导体棒产生的电动势和通过R 的电流；
(2)电阻R 消耗的功率；
(3)水平外力的大小。

【答案】(1)E =Blv , I =Blv /R (2)P =B 2l 2v 2/R (3)F =B 2l 2v/R + μmg
【解析】(1)根据法拉第电磁感应定律有：E =Blv ①
则导体棒中的电流大小为： E I R = 则可得Blv I R
= ② (2)电阻R 消耗的功率：P =I 2R ③
联立②③可解得： 222
B l v P R
= ④ (2)由于导体棒ab 匀速运动，故向右的水平外力F 等于向左的安培力F 安和摩擦力的和， 则水平外力：F =μmg +F 安 ⑤
安培力： ==BLv F BIL B L R
⋅安 ⑥ 则拉力为： 22B L v F mg R
μ=+ ⑦ 【点睛】本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，安培力是联系力与电磁感应的桥梁，安培力经验公式 是常用的式子．
11．如图所示，无限长金属导轨EF 、PQ 固定在倾角为θ＝53°的光滑绝缘斜面上，轨道间距L ＝1 m ，底部接入一阻值为R ＝0.4 Ω的定值电阻，上端开口．垂直斜面向上的匀强磁场的磁感应强度B ＝2 T ．一质量为m ＝0.5 kg 的金属棒ab 与导轨接触良好，ab 与导轨间的动摩擦因数μ＝0.2，ab 连入导轨间的电阻r ＝0.1 Ω，电路中其余电阻不计．现用一质量为M ＝2.86 kg 的物体通过一不可伸长的轻质细绳绕过光滑的定滑轮与ab 相连．由静止释放M ，当M 下落高度h ＝2.0 m 时，ab 开始匀速运动(运动中ab 始终垂直导轨，并接触良好)．不计空气阻力，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，取g ＝10 m/s 2．求：
(1)ab 棒沿斜面向上运动的最大速度v m ；
(2)ab 棒从开始运动到匀速运动的这段时间内电阻R 上产生的焦耳热Q R 和流过电阻R 的总电荷量q ．
【答案】（1）3m/s ．
（2）26.3J ，8C
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由题意知，由静止释放M 后，ab 棒在绳拉力T 、重力mg 、安培力F 和轨道支持力N 及摩擦力f 共同作用下做沿轨道向上做加速度逐渐减小的加速运动直至匀速运动，当达到最大速度时，由平衡条件有：
T ﹣mgsin θ﹣F ﹣f ＝0…①
N ﹣mgcos θ＝0…②
T ＝Mg …③
又由摩擦力公式得 f ＝μN …④
ab 所受的安培力 F ＝BIL …⑤
回路中感应电流 I m BLv R r
=+L ⑥ 联解①②③④⑤⑥并代入数据得：
最大速度 v m ＝3m/s …⑦
（2）由能量守恒定律知，系统的总能量守恒，即系统减少的重力势能等于系统增加的动能、焦耳热及摩擦而转化的内能之和，有：
Mgh ﹣mghsin θ()212
m M m v =++Q+fh …⑧ 电阻R 产生的焦耳热 Q R R R r =
+Q …⑨ 根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律有：
流过电阻R 的总电荷量 q I =△t …⑩
电流的平均值 E I R r
=+L ⑪ 感应电动势的平均值 E t Φ=
V L V ⑫ 磁通量的变化量△Φ＝B •（Lh ）…⑬
联解⑧⑨⑩⑪⑫⑬并代入数据得：Q R ＝26.3J ，q ＝8C
12．如图甲所示，两根完全相同的光滑平行导轨固定，每根导轨均由两段与水平面成θ＝30°的长直导轨和一段圆弧导轨平滑连接而成，导轨两端均连接电阻，阻值R 1＝R 2＝2Ω，导轨间距L ＝0.6m ．在右侧导轨所在斜面的矩形区域M 1M 2P 2P 1内分布有垂直斜面向上的磁场，磁场上下边界M 1P 1、M 2P 2的距离d ＝0.2m ，磁感应强度大小随时间的变化规律如图乙
所示．t＝0时刻，在右侧导轨斜面上与M1P1距离s＝0.1m处，有一根阻值r＝2Ω的金属棒ab垂直于导轨由静止释放，恰好独立匀速通过整个磁场区域，取重力加速度g＝
10m/s2，导轨电阻不计．求：
(1)ab在磁场中运动速度的大小v；
(2)在t1＝0.1s时刻和t2＝0.25s时刻电阻R1的电功率之比；
(3)整个过程中，电路产生的总热量Q．
【答案】（1）1m/s（2）4:1（3）0．01 J
【解析】
试题分析：（1）由mgs·sinθ=mv2
得
（2）棒从释放到运动至M1P1的时间
在t1＝0．1 s时，棒还没进入磁场，有
此时，R2与金属棒并联后再与R1串联
R总＝3 Ω
由图乙可知，t=0．2s后磁场保持不变，ab经过磁场的时间
故在t2＝0．25 s时ab还在磁场中运动，电动势E2＝BLv=0．6V
此时R1与R2并联，R总=3Ω，得R1两端电压U1′＝0．2V
电功率，故在t1＝0．1 s和t2＝0．25 s时刻电阻R1的电功率比值
（3）设ab的质量为m，ab在磁场中运动时，通过ab的电流
ab受到的安培力F A＝BIL
又mgsinθ= BIL
解得m=0．024kg
在t=0～0．2s时间里，R2两端的电压U2=0．2V，产生的热量
ab最终将在M2P2下方的轨道区域内往返运动，到M2P2处的速度为零，由功能关系可得在
t=0．2s 后，整个电路最终产生的热量Q=mgdsinθ+mv 2=0．036J
由电路关系可得R 2产生的热量Q 2=Q=0．006J
故R 2产生的总热量Q 总= Q 1+ Q 2=0．01 J
考点：法拉第电磁感应定律、欧姆定律、能量守恒定律
【名师点睛】本题是法拉第电磁感应定律、欧姆定律以及能量守恒定律等知识的综合应用，关键要搞清电路的连接方式及能量转化的关系，明确感应电动势既与电路知识有关，又与电磁感应有关．
13．如图所示，电阻1r =Ω的金属棒ab 放在水平光滑平行导轨PQMN 上（导轨足够长），ab 棒与导轨垂直放置，导轨间间距30cm L =，导轨上接有一电阻5R =Ω，整个导轨置于竖直向下的磁感强度1T B =的匀强磁场中，其余电阻均不计．现使ab 棒以速度2.0m/s v =向右作匀速直线运动，试求：
（1）ab 棒中的电流大小
（2）R 两端的电压U
（3）ab 棒所受的安培力大小ab F 和方向．
【答案】（1）0.1A ；（2）0.5V ；（3）0.03N ；方向水平向左
【解析】（1）金属棒ab 切割磁感线产生的感应电动势为10.32V 0.6V E BLv ==⨯⨯=，电路中的电流为0.6A 0.1A 15
E I R r ===++． 由右手定则判断可以知道ab 中感应电流方向由b a →．
（2）金属棒ab 两端的电压为0.15V 0.5V ab U IR ==⨯=；
（3）金属棒ab 所受的安培力为10.10.3N 0.03N A F BIL ==⨯⨯=，由左手定则知方向水平向左．
14．如图所示，两光滑轨道相距L =0.5m ，固定在倾角为37θ=︒的斜面上，轨道下端接入阻值为R =1.6Ω的定值电阻。

整个轨道处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B =1T 。

一质量m =0.1kg 的金属棒MN 从轨道顶端由静止释放，沿轨道下滑，金属棒沿轨道下滑x =3.6m 时恰好达到最大速度（轨道足够长），在该过程中，金属棒始终能保持与轨道良好接触。

（轨道及金属棒的电阻不计，重力加速度g 取10m/s 2, sin37° = 0.6，cos37°= 0.8)求：
（1）金属棒下滑过程中，M 、N 哪端电势高；
（2）求金属棒下滑过程中的最大速度v ；
（3）求该过程回路中产生的焦耳热Q 。

【答案】（1）M 端电势较高 （2）6m/s （3）0.36J
【解析】
【详解】
（1）根据右手定则，可判知M 端电势较高
（2）设金属棒的最大速度为v ，根据法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势
E =BLv cos θ
根据闭合电路欧姆定律，回路中的电流强度
I =E /R
金属棒所受安培力F 为
F =BIL
对金属棒，根据平衡条件列方程
mg sin θ=F cos θ
联立以上方程解得：
v =6m/s
(3)根据能量守恒
21sin 2
mgx mv Q θ=
+ 代入数据解得： 0.36J Q =
【点睛】
本题是力学和电磁学的综合题，综合运用了电磁感应定律、能量守恒定律以及共点力平衡问题，要注意此题中棒不是垂直切割磁感线，产生的感应电动势不是E ＝BLv ．应根据有效
切割速度求解。

15．如图所示，在磁感应强度B ＝0.2 T 、方向与纸面垂直的匀强磁场中，有水平放置的两平行导轨ab 、cd ，其间距l ＝50 cm ，a 、c 间接有电阻R ．现有一电阻为r 的导体棒MN 跨放在两导轨间，并以v ＝10 m/s 的恒定速度向右运动，a 、c 间电压为0.8 V ，且a 点电势高．其余电阻忽略不计．问：
（1）导体棒产生的感应电动势是多大？
（2）通过导体棒电流方向如何？磁场的方向是指向纸里，还是指向纸外? （3）R 与r 的比值是多少？
【答案】（1）1V ；（2）电流方向N→M ；磁场方向指向纸里；（3）4.
【解析】
【分析】
【详解】
试题分析：（1）1V E Blv ==
（2）根据右手定则，可以判断：电流方向N→M ；磁场方向指向纸里 （3）根据电路关系有：4R U r E U
==- 考点：法拉第电磁感应定律；右手定则及全电路欧姆定律．。