近十年年高考物理电磁感应压轴题

θ

v 0

x

y

O

M

a b

B

N

电磁感应

2006年全国理综 (北京卷)

24．（20分）磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用。图1是平静海面上某

实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成。 如图2所示，通道尺寸a ＝，b ＝、c ＝。工作时，在通道内沿z 轴正方向加B ＝的匀强磁

场；沿x 轴正方向加匀强电场，使两金属板间的电压U ＝；海水沿y 轴正方向流过通道。已知海水的电阻率ρ＝Ω·m 。

（1）船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水推力的大小和方向；

（2）船以v s ＝s 的速度匀速前进。若以船为参照物，海水以s 的速率涌入进水口由于通

道的截面积小球进水口的截面积，在通道内海水速率增加到v d ＝s 。求此时两金属板间的感应电动势U 感。

（3）船行驶时，通道中海水两侧的电压U /

＝U －U 感计算，海水受到电磁力的80%可以转

化为对船的推力。当船以v s ＝s 的船速度匀速前进时，求海水推力的功率。

解析24.(20分)

（1）根据安培力公式,推力F 1=I 1Bb ，其中I 1=

R U ,R ＝ρac

b 则F t =

8.796==B p

U Bb R U

ac N 对海水推力的方向沿y 轴正方向(向右) （2）U 感=Bu 感b= V （3）根据欧姆定律，I 2=

600)('4=-=pb

ac

b Bv U R U A 安培推力F 2＝I 2Bb ＝720 N

推力的功率P ＝Fv s ＝80%F 2v s ＝2 880 W

2006年全国物理试题（江苏卷）

19．（17分）如图所示，顶角θ=45°，的金属导轨 MON 固定在水平面内，导轨处在方向竖直、磁感应强度为B 的匀强磁场中。一根与ON 垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度v 0沿导轨MON 向左滑动，导体棒的质量为m ，导轨与导体棒单位长度的电阻均匀为r 。导体棒与导轨接触点的a 和b ，导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。t =0时，导体棒位于顶角O 处，求：

（1）t 时刻流过导体棒的电流强度I 和电流方向。 （2）导体棒作匀速直线运动时水平外力F 的表达式。 （3）导体棒在0～t 时间内产生的焦耳热Q 。

（4）若在t 0时刻将外力F 撤去，导体棒最终在导轨上静止时的坐标x 。 19．（1）0到t 时间内，导体棒的位移 x ＝t

t 时刻，导体棒的长度 l ＝x

导体棒的电动势 E ＝Bl v 0

回路总电阻 R ＝(2x ＋2x )r 电流强度 022Bv E

I R r

＝＝（＋）

电流方向 b →a

（2） F ＝BlI ＝22

02

22B v t E

I R r

＝＝（＋） （3）解法一

t 时刻导体的电功率 P ＝I 2

R ＝23

02

22B v t E

I R r

＝＝（＋） ∵P ∝t ∴ Q ＝2P

t ＝232

02

2(22B v t E I R r

＝＝＋） 解法二

t 时刻导体棒的电功率 P ＝I 2

R 由于I 恒定 R /

＝v 0rt ∝t

因此 /

2

2

==2

R P I R I

Q ＝Pt ＝

232

（4）撤去外力持，设任意时刻t 导体的坐标为x ，速度为v ，取很短时间Δt 或很短距离Δx 解法一

在t ～t +时间内，由动量定理得 BIl Δt ＝m Δv

2

)2

lv t m v ∆∆＝

2

0S mv ＝

扫过的面积ΔS ＝2

2

000()()22

x x x x x x +－－＝ （x =v 0t ）

x 200()v t

设滑行距离为d ，则 0000)

2

v t v t d S d +∆=

＋（

即 d 2

+2v 0t 0d －2ΔS ＝0

解之 d ＝－v 0t 0 （负值已舍去）

得 x ＝v 0t 0+ d 200)v t 解法二

在x ～x +Δx ，由动能定理得 F Δx ＝

2211

()22

mv m v v mv v ∆=∆－－（忽略高阶小量） 得 2

S m v ∑∆＝

2

022r

B S mv ∆＝（＋）

以下解法同解法一

解法三（1）

由牛顿第二定律得 F ＝ma ＝m

v

t

∆∆ 得 F Δt ＝m Δv 以下解法同解法一 解法三（2）

由牛顿第二定律得 F ＝ma ＝m

v t ∆∆＝m v v x

∆∆ 得 F Δx ＝mv Δv 以下解法同解法二

2008年（天津卷）

25．(22分)磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具．它的驱动系统简化为如下模型，

固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R ，金属框置于xOy 平面内，长边MN 长为L 平行于y 轴，宽为d 的NP 边平行于x 轴，如图1所示．列车轨道沿Ox 方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B 沿O x 方向按正弦规律分布，其空间周期为λ，最大值为B 0，如图2所示，金属框同一长边上各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v 0沿Ox 方向匀速平移．设在短暂时间内，MN 、PQ 边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力．列车在驱动系统作用下沿Ox 方向加速行驶，某时刻速度为v(v

(1)简要叙述列车运行中获得驱动力的原理；

(2)为使列车获得最大驱动力，写出MN 、PQ 边应处于磁场中的什么位置及λ与d 之间应满足的关系式；

(3)计算在满足第(2)问的条件下列车速度为v 时驱动力的大小．

25．(22分)

(1)由于列车速度与磁场平移速度不同,导致穿过金属框的磁通量发生变化,由于电磁感应,金属框中会产生感应电流,该电流受到的安培力即为驱动力. (2)为使列车获得最大驱动力,MN 、PQ 应位于磁场中磁感应强度同为最大值且反向的地方,这会使得金属框所围面积的磁通量变化率最大,导致框中电流最强,也会使得金属框长边中电流受到的安培力最大,因此,d 应为λ/2的奇数倍,即

2(21)()221

d

d k k N k =+∈+或λλ=

(3)由于满足第(2)问条件，则MN 、PQ 边所在处的磁感应强度大小均为B 0且方向总相反，经

短暂时间Δt，磁场没Ox 方向平移的距离为v 0Δt,，同时，金属框沿Ox 方向移动的距离为