长春备战高考物理法拉第电磁感应定律推断题综合题汇编

长春备战高考物理法拉第电磁感应定律推断题综合题汇编一、法拉第电磁感应定律1．如图所示,在磁感应强度B =1.0 T 的有界匀强磁场中(MN 为边界)，用外力将边长为L =10 cm 的正方形金属线框向右匀速拉出磁场，已知在线框拉出磁场的过程中，ab 边受到的磁场力F 随时间t 变化的关系如图所示，bc 边刚离开磁场的时刻为计时起点(即此时t =0).求:(1)将金属框拉出的过程中产生的热量Q ; (2)线框的电阻R .【答案】（1）2.0×10-3 J （2）1.0 Ω 【解析】 【详解】(1)由题意及图象可知，当0t =时刻ab 边的受力最大，为：10.02N F BIL ==可得：10.02A 0.2A 1.00.1F I BL ===⨯ 线框匀速运动，其受到的安培力为阻力大小即为1F ，由能量守恒：Q W =安310.020.1J 2.010J F L -==⨯=⨯(2) 金属框拉出的过程中产生的热量：2Q I Rt=线框的电阻：3222.010Ω 1.0Ω0.20.05Q R I t -⨯===⨯2．如图所示，条形磁场组方向水平向里，磁场边界与地面平行，磁场区域宽度为L ＝0.1 m ，磁场间距为2L ，一正方形金属线框质量为m ＝0.1 kg ，边长也为L ，总电阻为R ＝0.02 Ω.现将金属线框置于磁场区域1上方某一高度h 处自由释放，线框在经过磁场区域时bc 边始终与磁场边界平行．当h ＝2L 时，bc 边进入磁场时金属线框刚好能做匀速运动．不计空气阻力，重力加速度g 取10 m/s 2.（1）求磁感应强度B 的大小；（2）若h >2L ，磁场不变，金属线框bc 边每次出磁场时都刚好做匀速运动，求此情形中金属线框释放的高度h ；（3）求在(2)情形中，金属线框经过前n 个磁场区域过程中线框中产生的总焦耳热． 【答案】（1）1 T （2）0.3 m （3）0.3n J 【解析】 【详解】(1)当h =2L 时，bc 进入磁场时线框的速度222m /s v gh gL ===此时金属框刚好做匀速运动，则有：mg =BIL又E BLv I R R== 联立解得1mgRB L v=代入数据得：1T B =(2)当h ＞2L 时，bc 边第一次进入磁场时金属线框的速度022v gh gL >即有0mg BI L <又已知金属框bc 边每次出磁场时都刚好做匀速运动，经过的位移为L ，设此时线框的速度为v′，则有'222v v gL =+解得：6m /s v '=根据题意可知，为保证金属框bc 边每次出磁场时都刚好做匀速运动，则应有2v v gh '==即有0.3m h =(3)设金属线框在每次经过一个条形磁场过程中产生的热量为Q 0，则根据能量守恒有：'2211(2)22mv mg L mv Q +=+ 代入解得：00.3J Q =则经过前n 个磁场区域时线框上产生的总的焦耳热Q =nQ 0=0.3n J 。

3．如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n ＝100，线圈面积S ＝200cm 2，线圈的电阻r ＝1Ω，线圈外接一个阻值R ＝4Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。

求：（1）线圈中的感应电流的大小和方向； （2）电阻R 两端电压及消耗的功率； （3）前4s 内通过R 的电荷量。

【答案】（1）0﹣4s 内，线圈中的感应电流的大小为0.02A ，方向沿逆时针方向。

4﹣6s 内，线圈中的感应电流大小为0.08A ，方向沿顺时针方向；（2）0﹣4s 内，R 两端的电压是0.08V ；4﹣6s 内，R 两端的电压是0.32V ，R 消耗的总功率为0.0272W ；（3）前4s 内通过R 的电荷量是8×10﹣2C 。

【解析】 【详解】（1）0﹣4s 内，由法拉第电磁感应定律有：线圈中的感应电流大小为：由楞次定律知感应电流方向沿逆时针方向。

4﹣6s 内，由法拉第电磁感应定律有：线圈中的感应电流大小为：，方向沿顺时针方向。

（2）0﹣4s内，R两端的电压为：消耗的功率为：4﹣6s内，R两端的电压为：消耗的功率为：故R消耗的总功率为：（3）前4s内通过R的电荷量为：4．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）22BlqR=（2）234B l vQR=（3）43cdBlvU=【解析】【详解】(1)线框离开磁场的过程中,则有：2E B lv=EIR=q It=ltv=联立可得：22Bl qR =(2)线框中的产生的热量：2Q I Rt=解得：234B l vQ R=(3) cd 间的电压为：23cd U IR = 解得：43cd BlvU =5．如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 竖直放置，其宽度L ＝1 m ，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M 与P 之间连接阻值为R ＝0.40 Ω的电阻，质量为m ＝0.01 kg 、电阻为r ＝0.30 Ω的金属棒ab 紧贴在导轨上．现使金属棒ab 由静止开始下滑，下滑过程中ab 始终保持水平，且与导轨接触良好，其下滑距离x 与时间t 的关系如图所示，图象中的OA 段为曲线，AB 段为直线，导轨电阻不计，g ＝10 m/s 2(忽略ab 棒运动过程中对原磁场的影响)，求：(1) ab 棒1.5 s-2.1s 的速度大小及磁感应强度B 的大小； (2)金属棒ab 在开始运动的1.5 s 内，通过电阻R 的电荷量； (3)金属棒ab 在开始运动的1.5 s 内，电阻R 上产生的热量。

【答案】(1) v ＝7 m/s B ＝0.1 T (2) q ＝0.67 C (3)0.26 J 【解析】 【详解】(1)金属棒在AB 段匀速运动，由题中图象得：v ＝xt ∆∆＝7 m/s 根据欧姆定律可得：I ＝BLvr R+ 根据平衡条件有mg ＝BIL解得：B ＝0.1T(2)根据电量公式：q ＝I Δt根据欧姆定律可得：I ＝()R r t∆Φ+∆磁通量变化量ΔΦ＝S t∆∆B 解得：q ＝0.67 C(3)根据能量守恒有：Q ＝mgx －12mv 2 解得：Q ＝0.455 J所以Q R ＝Rr R+Q ＝0.26 J 答：(1) v ＝7 m/s B ＝0.1 T (2) q ＝0.67 C (3)0.26 J6．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 grx =，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)12gr v =2rhx ∆= (3) 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：2012mgr 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012v 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 xI 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(12x 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)22Q mv m v =- 解得：12Q mgr =7．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 ghi r =+；023(2)m gh umgt rS ++=（）；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：2012mgh 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()ii B d v umg t m v R∑+∆=∑∆22(3(23)i i L t umg t m v Lr+∑∆=∑∆+2(23)i i v t umg t m v r∆+∑∆=∑∆+200(23)umgt mv r+=+得：023(2)m gh umgt rS ++=（） (3)金属棒匀加速运动，v at =切割磁感线的有效长度为：021'2cos60)tan 602l L at =⋅-︒（产生感应电动势：E Bl v '=2212(cos60)tan 603()2E B L at at Ba L at t =⋅︒-︒⋅=-回路的瞬时电阻：2022121[2(cos60)tan 60(cos60)(23)()2cos602R r L at L at r L at =︒-+︒-=+- 功率：2222222222242222()[()]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： 21122L at '= 解得：Lt a'=当2Lt t a '=<时， 22max 4(23)P r =+8．如图所示，在匀强磁场中有一足够长的光滑平行金属导轨，与水平面间的夹角θ＝30°，间距L ＝0.5 m ，上端接有阻值R ＝0.3 Ω的电阻．匀强磁场的磁感应强度大小B ＝0.4 T ，磁场方向垂直导轨平面向上．一质量m ＝0.2 kg ，电阻r ＝0.1 Ω的导体棒MN ，在平行于导轨的外力F 作用下，由静止开始向上做匀加速运动，运动过程中导体棒始终与导轨垂直，且接触良好．当棒的位移d ＝9 m 时，电阻R 上消耗的功率为P ＝2.7 W ．其它电阻不计，g 取10 m/s 2.求：(1)此时通过电阻R 上的电流； (2)这一过程通过电阻R 上的电荷量q ； (3)此时作用于导体棒上的外力F 的大小． 【答案】（1）3A （2）4.5C （3）2N 【解析】 【分析】 【详解】(1)根据热功率：P ＝I 2R ， 解得：3A PI R== (2)回路中产生的平均感应电动势：E ntφ∆=∆由欧姆定律得：+E I R r=得电流和电量之间关系式：q I t n R rφ∆=⋅∆=+ 代入数据得： 4.5C BLdq R r==+ (3)此时感应电流I ＝3A ，由E BLvI R r R r==++ 解得此时速度：()6m/s I R r v BL+==由匀变速运动公式：v 2＝2ax ，解得：222m/s 2v a d==对导体棒由牛顿第二定律得：F －F 安－mgsin30°＝ma ， 即：F －BIL －mgsin30°＝ma ， 解得：F ＝ma ＋BIL ＋mgsin30°＝2 N 【点睛】本题考查电功率，电量表达式及电磁感应电动势表达式结合牛顿第二定律求解即可，难度不大，本题中加速度的求解是重点． 【考点】动生电动势、全电路的欧姆定律、牛顿第二定律.9．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…①N ﹣mgcos θ＝0…②T ＝Mg …③又由摩擦力公式得 f ＝μN …④ab 所受的安培力 F ＝BIL …⑤回路中感应电流 I mBLv R r =+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()212m 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 EI R r =+⑪感应电动势的平均值 E t Φ=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 ＝8C10．如图所示，光滑、足够长的平行金属导轨MN 、PQ 的间距为l ，所在平面与水平面成θ角，处于磁感应强度为B 、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中．两导轨的一端接有阻值为R 的电阻．质量为m 、电阻为r 的金属棒ab 垂直放置于导轨上，且m 由一根轻绳通过一个定滑轮与质量为M 的静止物块相连，物块被释放后，拉动金属棒ab 加速运动H 距离后，金属棒以速度v 匀速运动．求：（导轨电阻不计）（1）金属棒αb 以速度v 匀速运动时两端的电势差U ab ；（2）物块运动H 距离过程中电阻R 产生的焦耳热Q R ．【答案】1）ab BlvR U R r =+（2）()()21sin 2R Q M m gH M m v R r θ⎡⎤=--+⎢⎥+⎣⎦ 【解析】(1)金属棒ab 以速度v 匀速运动时，产生的感应电动势大小为：E =Blv由闭合电路欧姆定律得： E I R r=+ 金属棒αb 两端的电压大小为：U =IR解得： BlvR U R r=+ 由右手定则可得金属棒ab 中的电流方向由a 到b ，可知U ab 为负值，故： ab BlvR U R r=+ (2)物块运动H 距离过程中，设整个回路产生的焦耳热为Q ， 由能量守恒定律得：2211sin 22MgH mgH mv Mv Q θ=+++ 由焦耳定律得：2()Q I R r t =+ 2R Q I Rt = 解得：21[(sin )()]2R Q M m gH M m v R rθ=--++ 【点睛】本题是一道电磁感应与电路、运动学相结合的综合题，分析清楚棒的运动过程、找出电流的房你想、应用能量守恒和功能关系等相关知识，是正确解题的关键．11．如图所示，在水平地面MN 上方空间存在一垂直纸面向里、磁感应强度B =1T 的有界匀强磁场区域，上边界EF 距离地面的高度为H ．正方形金属线框abcd 的质量m =0.02kg 、边长L = 0.1m （L <H ），总电阻R = 0.2Ω，开始时线框在磁场上方，ab 边距离EF 高度为h ，然后由静止开始自由下落，abcd 始终在竖直平面内且ab 保持水平．求线框从开始运动到ab 边刚要落地的过程中（g 取10m/s 2)(1)若线框从h =0.45m 处开始下落，求线框ab 边刚进入磁场时的加速度；(2)若要使线框匀速进入磁场，求h 的大小；(3)求在(2)的情况下，线框产生的焦耳热Q 和通过线框截面的电量q .【答案】(1)22.5m/s a = (2)0.8m h = (3) 0.02J Q =,0.05C q =【解析】【分析】【详解】(1)当线圈ab 边进入磁场时，由自由落体规律：123m/s v gh ==棒切割磁感线产生动生电动势：1E BLv = 通电导体棒受安培力0.15N BLE F BIL R=== 由牛顿第二定律：mg F ma -= 解得：22.5m/s a =(2)匀速进磁场，由平衡知识：mg F = 由2v gh BLv I R=，代入可解得：0.8m h = (3)线圈cd 边进入磁场前线圈做匀速运动，由能量守恒可知重力势能变成焦耳热 0.02J Q mgL == 通过线框的电量20.05C BL q It R Rφ∆==== 【点睛】当线框能匀速进入磁场，则安培力与重力相等；而当线框加速进入磁场时，速度在增加，安培力也在变大，导致加速度减小，可能进入磁场时已匀速，也有可能仍在加速，这是由进入磁场的距离决定的．12．如图所示，一无限长的光滑金属平行导轨置于匀强磁场B 中，磁场方向垂直导轨平面，导轨平面竖直且与地面绝缘，导轨上M 、N 间接一电阻R ，P 、Q 端接一对沿水平方向的平行金属板，导体棒ab 置于导轨上，其电阻为3R ，导轨电阻不计，棒长为L ，平行金属板间距为d ．今导体棒通过定滑轮在一物块拉动下开始运动，稳定后棒的速度为v ，不计一切摩擦阻力．此时有一带电量为q 的液滴恰能在两板间做半径为r 的匀速圆周运动，且速率也为v ．求：（1）速度v 的大小；（2）物块的质量m ．【答案】(1）gdr L222B l dLr R g【解析】【详解】 （1）设平行金属板间电压为U ．液滴在平行金属板间做匀速圆周运动，重力与电场力必定平衡，则有：U q mg d= 由2v qvB m r= 得mv r qB= 联立解得gdrB U v= 则棒产生的感应电动势为： ·(3)4U gdrB B R R R v =+= 由E BLv =棒，得 4gdr v vL=棒 （2）棒中电流为：U gdrB I R vR== ab 棒匀速运动，外力与安培力平衡，则有 2gdrLB F BIL vR== 而外力等于物块的重力，即为 2gdrLB mg vR= 解得2drLB m vR=13．如图甲所示，光滑的平行金属导轨水平放置，导轨间距L =1 m ，左侧接一阻值为R =0.5Ω的电阻．在MN 与PQ 之间存在垂直轨道平面的有界匀强磁场，磁场宽度d =1 m ．一质量m =1 kg 的金属棒a b 置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，不计导轨和金属棒的电阻．金属棒ab 受水平力F 的作用从磁场的左边界MN 由静止开始运动，其中，F 与x （x 为金属棒距MN 的距离）的关系如图乙所示．通过电压传感器测得电阻R 两端电压随时间均匀增大．则：（1）金属棒刚开始运动时的加速度为多少？（2）磁感应强度B 的大小为多少？（3）若某时刻撤去外力F 后金属棒的速度v 随位移s 的变化规律满足v =v 0﹣22B L mRs （v 0为撤去外力时的速度，s 为撤去外力F 后的位移），且棒运动到PQ 处时恰好静止，则金属棒从MN 运动到PQ 的整个过程中通过左侧电阻R 的电荷量为多少？外力F 作用的时间为多少？【答案】（1）a=0.4m/s 2；（2）B=0.5T ；（3）t=1s【解析】【详解】解：(1)金属棒开始运动时，0x =，0v =，金属棒不受安培力作用金属棒所受合力为：0.4N F = 由牛顿第二定律得：20.4m/s F a m== (2)由题意可知，电阻R 两端电压随时间均匀增大，即金属棒切割磁感线产生的感应电动势随时间均匀增大，由E BLv =可知，金属棒的速度v 随时间t 均匀增大，则金属棒做初速度为零的匀加速运动．加速度：20.4m/s a =由匀变速直线运动的位移公式可得：22v ax =由图乙所示图象可知，0.8m x =时，0.8N F = 由牛顿第二定律得：22B L v F ma R-= 解得：0.5T B =(3)金属棒经过磁场的过程中，感应电动势的平均值： B S BLd E t t t ϕ∆∆===∆∆∆ 感应电流的平均值：E I R=通过电阻R 的电荷量：q I t =∆ 解得：1C BLd q R Rϕ∆=== 设外力F 的作用时间为t ，力F 作用时金属棒的位移为：212x at =撤去外力后，金属棒的速度为：022B s v v L Rm=- 到PQ 恰好静止，0v = 则撤去外力后金属棒运动的距离为：22mR at B L s •= 则 22212B L at at d Rm+•= 解得：1s t =14．如图(a)所示，足够长的光滑平行金属导轨JK 、PQ 倾斜放置，两导轨间距离为L=l.0 m ，导轨平面与水平面间的夹角为θ=30°，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于导轨平面向上，导轨的J 、P 两端连接阻值为R=3.0Ω的电阻，金属棒ab 垂直于导轨放置并用细线通过光滑定滑轮与重物相连，金属棒ab 的质量m=0.20 kg ，电阻r=0.50 Ω，重物的质量M=0.60 kg ，如果将金属棒和重物由静止释放，金属棒沿斜面上滑距离与时间的关系图像如图(b)所示，不计导轨电阻， g=10 m/s 2 。