高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)附答案

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高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)附答案解析

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)附答案解析一、法拉第电磁感应定律1．如图，匝数为N 、电阻为r 、面积为S 的圆形线圈P 放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈P 通过导线与阻值为R 的电阻和两平行金属板相连，两金属板之间的距离为d ，两板间有垂直纸面的恒定匀强磁场。

当线圈P 所在位置的磁场均匀变化时，一质量为m 、带电量为q 的油滴在两金属板之间的竖直平面内做圆周运动。

已知磁感应强度随时间变化的规律为B =（2+0.2t ）T ，定值电阻R 1=6 Ω，线圈电阻R 2=4Ω求：（1）磁通量变化率，回路的感应电动势。

（2）a 、b 两点间电压U ab 。

【答案】（1）0.04Wb/s 4V （2）2.4V 【解析】【详解】（1）由B =（2+0.2t ）T 得磁场的变化率为0.2T/s Bt∆=∆ 则磁通量的变化率为：0.04Wb/s BS t t∆Φ∆==∆∆ 根据E nt∆Φ=∆可知回路中的感应电动势为： 4V BE nnS t t∆Φ∆===∆∆ （2）线圈相当于电源，U ab 是外电压，根据电路分压原理可知：1122.4V ab ER R R U =+=答：（1）磁通量变化率为0.04Wb/s ，回路的感应电动势为4V 。

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)附详细答案

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)附详细答案一、法拉第电磁感应定律1．如图（a ）所示，间距为l 、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为θ的斜面上。

在区域I 内有方向垂直于斜面的匀强磁场，磁感应强度为B ；在区域Ⅱ内有垂直于斜面向下的匀强磁场，其磁感应强度B t 的大小随时间t 变化的规律如图（b ）所示。

t ＝0时刻在轨道上端的金属细棒ab 从如图位置由静止开始沿导轨下滑，同时下端的另一金属细棒cd 在位于区域I 内的导轨上由静止释放。

在ab 棒运动到区域Ⅱ的下边界EF 处之前，cd 棒始终静止不动，两棒均与导轨接触良好。

已知cd 棒的质量为m 、电阻为R ，ab 棒的质量、阻值均未知，区域Ⅱ沿斜面的长度为2l ，在t ＝t x 时刻（t x 未知）ab 棒恰进入区域Ⅱ，重力加速度为g 。

求：(1)通过cd 棒电流的方向和区域I 内磁场的方向； (2)ab 棒开始下滑的位置离EF 的距离；(3)ab 棒开始下滑至EF 的过程中回路中产生的热量。

【答案】(1)通过cd 棒电流的方向从d 到c ，区域I 内磁场的方向垂直于斜面向上；(2)3l （3）4mgl sin θ。

【解析】【详解】(1)由楞次定律可知，流过cd 的电流方向为从d 到c ，cd 所受安培力沿导轨向上，由左手定则可知，I 内磁场垂直于斜面向上，故区域I 内磁场的方向垂直于斜面向上。

(2)ab 棒在到达区域Ⅱ前做匀加速直线运动，a ＝sin mg mθ=gs in θ cd 棒始终静止不动，ab 棒在到达区域Ⅱ前、后，回路中产生的感应电动势不变，则ab 棒在区域Ⅱ中一定做匀速直线运动，可得：1Blv t∆Φ=∆ 2(sin )x xB l IBI g t t θ⋅⋅= 解得2sin x lt g θ=ab 棒在区域Ⅱ中做匀速直线运动的速度12sin v gl θ=则ab 棒开始下滑的位置离EF 的距离21232x h at l l =+= (3)ab 棒在区域Ⅱ中运动时间222sin xl lt v g θ== ab 棒从开始下滑至EF 的总时间222sin x lt t t g θ=+= 感应电动势：12sin E Blv Bl gl θ==ab 棒开始下滑至EF 的过程中回路中产生的热量：Q ＝EIt ＝4mgl sin θ2．如下图所示，MN 、PQ 为足够长的光滑平行导轨，间距L =0.5m.导轨平面与水平面间的夹角θ= 30°，NQ 丄MN ，N Q 间连接有一个3R =Ω的电阻，有一匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度为01B T =，将一根质量为m =0.02kg 的金属棒ab 紧靠NQ 放置在导轨上，且与导轨接触良好，金属棒的电阻1r =Ω，其余部分电阻不计，现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ 平行，当金属棒滑行至cd 处时速度大小开始保持不变，cd 距离NQ 为 s=0.5 m ，g =10m/s 2。

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)及详细答案

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)及详细答案一、法拉第电磁感应定律1．如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。

纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ad边与磁场边界平行。

从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入的过程中，线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动，求：（1）拉力做功的功率P；（2）ab边产生的焦耳热Q.【答案】(1)P=222B L vR（2）Q=234B L vR【解析】【详解】（1）线圈中的感应电动势E=BLv 感应电流I=E R拉力大小等于安培力大小F=BIL 拉力的功率P=Fv=222 B L v R（2）线圈ab边电阻R ab=4R 运动时间t=L vab边产生的焦耳热Q=I2R ab t =23 4B L vR2．如图所示，两根相距为L的光滑平行金属导轨CD、EF固定在水平面内，并处在竖直向下的匀强磁场中，导轨足够长且电阻不计．在导轨的左端接入阻值为R的定值电阻，将质量为m 、电阻可忽略不计的金属棒MN 垂直放置在导轨上，可以认为MN 棒的长度与导轨宽度相等，且金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，不计空气阻力．金属棒MN 以恒定速度v 向右运动过程中，假设磁感应强度大小为B 且保持不变，为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷．（1）请根据法拉第电磁感应定律，推导金属棒MN 中的感应电动势E ；（2）在上述情景中，金属棒MN 相当于一个电源，这时的非静电力与棒中自由电荷所受洛伦兹力有关．请根据电动势的定义，推导金属棒MN 中的感应电动势E ．（3）请在图中画出自由电荷所受洛伦兹力示意图．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功．那么，金属棒MN 中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请结合图中自由电荷受洛伦兹力情况，通过计算分析说明．【答案】（1）E BLv =；（2）v E BL =（3）见解析【解析】【分析】(1)先求出金属棒MN 向右滑行的位移,得到回路磁通量的变化量∆Φ ,再由法拉第电磁感应定律求得E 的表达式;(2)棒向右运动时,电子具有向右的分速度,受到沿棒向下的洛伦兹力，1v f e B =,棒中电子在洛伦兹力的作用下,电子从M 移动到N 的过程中,非静电力做功v W e Bl =,根据电动势定义WE q=计算得出E. （3）可以从微观的角度求出水平和竖直方向上的洛伦兹力做功情况，在比较整个过程中做功的变化状况．【详解】（1）如图所示，在一小段时间∆t 内，金属棒MN 的位移 x v t ∆=∆这个过程中线框的面积的变化量S L x Lv t ∆=∆=∆ 穿过闭合电路的磁通量的变化量B S BLv t ∆Φ=∆=∆根据法拉第电磁感应定律 E t∆Φ=∆ 解得 E BLv =（2）如图所示，棒向右运动时，正电荷具有向右的分速度，受到沿棒向上的洛伦兹力1v f e B =，f 1即非静电力在f 的作用下，电子从N 移动到M 的过程中，非静电力做功v W e BL =根据电动势定义 W E q= 解得 v E BL =（3）自由电荷受洛伦兹力如图所示．设自由电荷的电荷量为q ，沿导体棒定向移动的速率为u ．如图所示，沿棒方向的洛伦兹力1f q B =v ，做正功11ΔΔW f u t q Bu t =⋅=v 垂直棒方向的洛伦兹力2f quB =，做负功22ΔΔW f v t quBv t =-⋅=-所以12+=0W W ，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零．1f 做正功，将正电荷从N 端搬运到M 端，1f 相当于电源中的非静电力，宏观上表现为“电动势”，使电源的电能增加；2f 做负功，宏观上表现为安培力做负功，使机械能减少．大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将机械能转化为等量的电能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用．【点睛】本题较难，要从电动势定义的角度上去求电动势的大小，并学会从微观的角度分析带电粒子的受力及做功情况．3．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 =rhx ∆=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02v gr 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0122grv 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224grv =由平抛运动规律得，两棒落到地面后的距离()1222h rh x v v g ∆=-= （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 =4．如图为电磁驱动与阻尼模型，在水平面上有两根足够长的平行轨道PQ 和MN ，左端接有阻值为R 的定值电阻，其间有垂直轨道平面的磁感应强度为B 的匀强磁场，两轨道间距及磁场宽度均为L ．质量为m 的金属棒ab 静置于导轨上，当磁场沿轨道向右运动的速度为v 时，棒ab 恰好滑动．棒运动过程始终在磁场范围内，并与轨道垂直且接触良好，轨道和棒电阻均不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．（1）判断棒ab 刚要滑动时棒中的感应电流方向，并求此时棒所受的摩擦力f 大小；（2）若磁场不动，将棒ab 以水平初速度2v 运动，经过时间22mRt B L =停止运动，求棒ab 运动位移x 及回路中产生的焦耳热Q ；（3）若t =0时棒ab 静止，而磁场从静止开始以加速度a 做匀加速运动，下列关于棒ab 运动的速度时间图像哪个可能是正确的？请分析说明棒各阶段的运动情况．【答案】(1)22B L vf R=；(2)22mvR x B L = 2Q mv =；(3)丙图正确【解析】【详解】（1）根据右手定则，感应电流方向a 至b依题意得，棒刚要运动时，受摩擦力等于安培力：f=F A 又有F A =BI 1L ，1BLvI R=联立解得：22B L vf R=（2）设棒的平均速度为v ，根据动量定理可得：02Ft ft mv --=-又有F BIL =，BLvI R=，x vt = 联立得：22mvRx B L =根据动能定理有：()21022A fx W m v --=- 根据功能关系有：Q =W A 得：Q =mv 2 （3）丙图正确当磁场速度小于v 时，棒ab 静止不动；当磁场速度大于v 时，E=BLΔv ，棒ab 的加速度从零开始增加，a 棒<a 时，Δv 逐渐增大，电流逐渐增大，F A 逐渐增大，棒做加速度逐渐增大的加速运动；当a 棒=a 时，Δv 保持不变，电流不变，F A 不变，棒ab 的加速度保持不变，开始做匀加速运动．5．如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题含答案解析

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题含答案解析一、法拉第电磁感应定律1．如图所示，两根相距为L 的光滑平行金属导轨CD 、EF 固定在水平面内，并处在竖直向下的匀强磁场中，导轨足够长且电阻不计．在导轨的左端接入阻值为R 的定值电阻，将质量为m 、电阻可忽略不计的金属棒MN 垂直放置在导轨上，可以认为MN 棒的长度与导轨宽度相等，且金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，不计空气阻力．金属棒MN 以恒定速度v 向右运动过程中，假设磁感应强度大小为B 且保持不变，为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷．（1）请根据法拉第电磁感应定律，推导金属棒MN 中的感应电动势E ；（2）在上述情景中，金属棒MN 相当于一个电源，这时的非静电力与棒中自由电荷所受洛伦兹力有关．请根据电动势的定义，推导金属棒MN 中的感应电动势E ．（3）请在图中画出自由电荷所受洛伦兹力示意图．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功．那么，金属棒MN 中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请结合图中自由电荷受洛伦兹力情况，通过计算分析说明．【答案】（1）E BLv =；（2）v E BL =（3）见解析【解析】【分析】(1)先求出金属棒MN 向右滑行的位移,得到回路磁通量的变化量∆Φ ,再由法拉第电磁感应定律求得E 的表达式;(2)棒向右运动时,电子具有向右的分速度,受到沿棒向下的洛伦兹力，1v f e B =,棒中电子在洛伦兹力的作用下,电子从M 移动到N 的过程中,非静电力做功v W e Bl =,根据电动势定义WE q=计算得出E. （3）可以从微观的角度求出水平和竖直方向上的洛伦兹力做功情况，在比较整个过程中做功的变化状况．【详解】（1）如图所示，在一小段时间∆t 内，金属棒MN 的位移 x v t ∆=∆这个过程中线框的面积的变化量S L x Lv t ∆=∆=∆ 穿过闭合电路的磁通量的变化量B S BLv t ∆Φ=∆=∆根据法拉第电磁感应定律 E t∆Φ=∆ 解得 E BLv =（2）如图所示，棒向右运动时，正电荷具有向右的分速度，受到沿棒向上的洛伦兹力1v f e B =，f 1即非静电力在f 的作用下，电子从N 移动到M 的过程中，非静电力做功v W e BL =根据电动势定义 W E q= 解得 v E BL =（3）自由电荷受洛伦兹力如图所示．设自由电荷的电荷量为q ，沿导体棒定向移动的速率为u ．如图所示，沿棒方向的洛伦兹力1f q B =v ，做正功11ΔΔW f u t q Bu t =⋅=v 垂直棒方向的洛伦兹力2f quB =，做负功22ΔΔW f v t quBv t =-⋅=-所以12+=0W W ，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零．1f 做正功，将正电荷从N 端搬运到M 端，1f 相当于电源中的非静电力，宏观上表现为“电动势”，使电源的电能增加；2f 做负功，宏观上表现为安培力做负功，使机械能减少．大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将机械能转化为等量的电能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用．【点睛】本题较难，要从电动势定义的角度上去求电动势的大小，并学会从微观的角度分析带电粒子的受力及做功情况．2．如图()a ，平行长直导轨MN 、PQ 水平放置，两导轨间距0.5L m =，导轨左端MP 间接有一阻值为0.2R =Ω的定值电阻，导体棒ab 质量0.1m kg =，与导轨间的动摩擦因数0.1μ=，导体棒垂直于导轨放在距离左端 1.0d m =处，导轨和导体棒电阻均忽略不计.整个装置处在范围足够大的匀强磁场中，0t =时刻，磁场方向竖直向下，此后，磁感应强度B 随时间t 的变化如图()b 所示，不计感应电流磁场的影响.当3t s =时，突然使ab 棒获得向右的速度08/v m s =，同时在棒上施加一方向水平、大小可变化的外力F ，保持ab 棒具有大小为恒为24/a m s =、方向向左的加速度，取210/g m s =．()1求0t =时棒所受到的安培力0F ；()2分析前3s 时间内导体棒的运动情况并求前3s 内棒所受的摩擦力f 随时间t 变化的关系式；()3从0t =时刻开始，当通过电阻R 的电量 2.25q C =时，ab 棒正在向右运动，此时撤去外力F ，此后ab 棒又运动了2 6.05s m =后静止.求撤去外力F 后电阻R 上产生的热量Q ．【答案】(1)0 0.025F N =，方向水平向右(2) ()0.01252?f t N =-(3) 0.195J【解析】【详解】解：()1由图b 知：0.20.1T /s 2B t V V == 0t =时棒的速度为零，故回路中只有感生感应势为：0.05V B E Ld t tΦ===V V V V感应电流为：0.25A EI R==可得0t =时棒所受到的安培力：000.025N F B IL ==，方向水平向右；()2ab 棒与轨道间的最大摩擦力为：00.10.025N m f mg N F μ==>=故前3s 内导体棒静止不动，由平衡条件得： f BIL =由图知在03s -内，磁感应强度为：00.20.1B B kt t =-=- 联立解得： ()0.01252(3s)f t N t =-<；()3前3s 内通过电阻R 的电量为：10.253C 0.75C q I t V =⨯=⨯=设3s 后到撤去外力F 时又运动了1s ，则有：11BLs q q I t R RΦ-===V V &解得：16m s =此时ab 棒的速度设为1v ，则有：221012v v as -=解得：14m /s v =此后到停止，由能量守恒定律得：可得：21210.195J 2Q mv mgs μ=-=3．如图所示，ACD 、EFG 为两根相距L =0.5m 的足够长的金属直角导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，CDGF 面与水平面夹角θ=300．两导轨所在空间存在垂直于CDGF 平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B`=1T ．两根长度也均为L =0.5m 的金属细杆ab 、cd 与导轨垂直接触形成闭合回路，ab 杆的质量m 1未知，cd 杆的质量m 2=0.1kg ，两杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ=36，两金属细杆的电阻均为R =0.5Ω，导轨电阻不计．当ab 以速度v 1沿导轨向下匀速运动时，cd 杆正好也向下匀速运动，重力加速度g 取10m/s 2．(1)金属杆cd 中电流的方向和大小 (2)金属杆ab 匀速运动的速度v 1 和质量m 1【答案】I =5A 电流方向为由d 流向c; v 1=10m/s m 1=1kg 【解析】【详解】（1）由右手定则可知cd 中电流方向为由d 流向c对cd 杆由平衡条件可得：μ=+0022安sin 60（cos 60)m g m g F=安F BLI联立可得：I =5A (2) 对ab: 由 =12BLv IR得 110m/s v = 分析ab 受力可得： 0011sin 30cos 30m g BLI m g μ=+解得： m 1=1kg4．如图所示，两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距为L ＝1m ，导轨平面与水平面成θ＝30︒角，上端连接 1.5R =Ω的电阻．质量为m ＝0.2kg 、阻值0.5r =Ω的金属棒ab 放在两导轨上，与导轨垂直并接触良好，距离导轨最上端d ＝4m ，整个装置处于匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向上．（1）若磁感应强度B=0.5T ，将金属棒释放，求金属棒匀速下滑时电阻R 两端的电压；（2）若磁感应强度的大小与时间成正比，在外力作用下ab 棒保持静止，当t ＝2s 时外力恰好为零.求ab 棒的热功率；（3）若磁感应强度随时间变化的规律是()0.05cos100B t T π=，在平行于导轨平面的外力F 作用下ab 棒保持静止，求此外力F 的最大值。

备战高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题附详细答案

备战高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题附详细答案一、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)2023n B rRtπ电流由b向a通过R1(2)20213n B r tRtπ【解析】【详解】(1)由法拉第电磁感应定律得感应电动势为22022n B rBE n n rt t tππ∆Φ∆===∆∆由闭合电路的欧姆定律，得通过R1的电流大小为20233n B rEIR Rtπ==由楞次定律知该电流由b向a通过R1。

高中物理法拉第电磁感应定律压轴题知识归纳总结含答案解析

高中物理法拉第电磁感应定律压轴题知识归纳总结含答案解析一、高中物理解题方法：法拉第电磁感应定律1．如图为电磁驱动与阻尼模型，在水平面上有两根足够长的平行轨道PQ 和MN ，左端接有阻值为R 的定值电阻，其间有垂直轨道平面的磁感应强度为B 的匀强磁场，两轨道间距及磁场宽度均为L ．质量为m 的金属棒ab 静置于导轨上，当磁场沿轨道向右运动的速度为v 时，棒ab 恰好滑动．棒运动过程始终在磁场范围内，并与轨道垂直且接触良好，轨道和棒电阻均不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．（1）判断棒ab 刚要滑动时棒中的感应电流方向，并求此时棒所受的摩擦力f 大小；（2）若磁场不动，将棒ab 以水平初速度2v 运动，经过时间22mR t B L =停止运动，求棒ab 运动位移x 及回路中产生的焦耳热Q ；（3）若t =0时棒ab 静止，而磁场从静止开始以加速度a 做匀加速运动，下列关于棒ab 运动的速度时间图像哪个可能是正确的？请分析说明棒各阶段的运动情况．【答案】(1)22B L v f R=；(2)22 mvR x B L = 2Q mv =；(3)丙图正确【解析】【详解】（1）根据右手定则，感应电流方向a 至b依题意得，棒刚要运动时，受摩擦力等于安培力：f=F A又有F A =BI 1L ，1BLv I R= 联立解得：22B L v f R= （2）设棒的平均速度为v ，根据动量定理可得：02Ft ft mv --=-又有F BIL =，BLv I R =，x vt = 联立得：22mvR x B L =根据动能定理有：()21022A fx W m v --=-根据功能关系有：Q =W A得：Q =mv 2（3）丙图正确当磁场速度小于v 时，棒ab 静止不动；当磁场速度大于v 时，E=BLΔv ，棒ab 的加速度从零开始增加，a 棒<a 时，Δv 逐渐增大，电流逐渐增大，F A 逐渐增大，棒做加速度逐渐增大的加速运动；当a 棒=a 时，Δv 保持不变，电流不变，F A 不变，棒ab 的加速度保持不变，开始做匀加速运动．2．如图所示，两根间距为L 的平行金属导轨，其cd 右侧水平，左侧为竖直的14画弧，圆弧半径为r ，导轨的电阻与摩擦不计，在导轨的顶端接有阻值为R 1的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中。

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题含答案

(1)求磁感应强度B的大小；
(2)若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足 (v0是撤去外力时，金属棒速度)，且棒在运动到ef处时恰好静止，则外力F作用的时间为多少？
(3)若在棒未出磁场区域时撤出外力，画出棒在整个运动过程中速度随位移变化所对应的各种可能的图线．
解得：
刚进入磁场时产生的感应电动势：
导轨宽度：
回路电阻：
联立可得：
(2)设长度为S，从MP到NQ过程中的任一时刻，速度为，在此后无穷小的时间内，根据动量定理：
得：
(3)金属棒匀加速运动，
切割磁感线的有效长度为：
产生感应电动势：
回路的瞬时电阻：
功率：
金属棒运动到D点，所需的时间设为，则有：
解得：
WF-W'安+(M-m)g·2L= (M+m)( -v2)
联立解得：
WF-W'安=0
而W'安=Q'，故Q'=3.6 J
又因为线框每边产生的热量相等，故eb边上产生的焦耳热：
Qeb= Q'=0.9 J.
答：(1)线框eb边进入磁场中运动时，e、b两点间的电势差Ueb=1.2 V.
(2)线框匀速穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热Q=3.2 J.
【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．
9．如图所示，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻．区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s．一质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F＝0.5v＋0.4(N)(v为金属棒速度)的水平外力作用，从磁场的左边界由静止开始向右运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大．(已知：l＝1m，m＝1kg，R＝0.3Ω，r＝0.2Ω，s＝1m)

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题附详细答案

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题附详细答案一、法拉第电磁感应定律1．如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100，线圈面积S＝200cm2，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：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 vQ 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 =E I R = q It =l t v=联立可得：22Bl q R=(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 =3．如图所示，电阻不计的相同的光滑弯折金属轨道MON 与M O N '''均固定在竖直平面内，二者平行且正对，间距为L =1m ，构成的斜面ONN O ''跟水平面夹角均为30α=︒，两侧斜面均处在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小均为B =0.1T ．t =0时，将长度也为L =1m ，电阻R =0.1Ω的金属杆ab 在轨道上无初速释放．金属杆与轨道接触良好，轨道足够长．重力加速度g =10m/s 2；不计空气阻力，轨道与地面绝缘．（1）求t =2s 时杆ab 产生的电动势E 的大小并判断a 、b 两端哪端电势高（2）在t =2s 时将与ab 完全相同的金属杆cd 放在MOO'M'上，发现cd 杆刚好能静止，求ab 杆的质量m 以及放上cd 杆后ab 杆每下滑位移s =1m 回路产生的焦耳热Q【答案】(1) 1V ；a 端电势高；(2) 0.1kg ； 0.5J 【解析】【详解】解：(1)只放ab 杆在导轨上做匀加速直线运动，根据右手定则可知a 端电势高；ab 杆加速度为：a gsin α=2s t =时刻速度为：10m/s v at ==ab 杆产生的感应电动势的大小：0.1110V 1V E BLv ==⨯⨯=(2) 2s t =时ab 杆产生的回路中感应电流：1A 5A 220.1E I R ===⨯ 对cd 杆有：30mgsin BIL ︒=解得cd 杆的质量：0.1kg m = 则知ab 杆的质量为0.1kg放上cd 杆后，ab 杆做匀速运动，减小的重力势能全部产生焦耳热根据能量守恒定律则有：300.11010.5J 0.5J Q mgh mgs sin ==︒=⨯⨯⨯=4．如图所示，两根相距为L 的光滑平行金属导轨CD 、EF 固定在水平面内，并处在竖直向下的匀强磁场中，导轨足够长且电阻不计．在导轨的左端接入阻值为R 的定值电阻，将质量为m 、电阻可忽略不计的金属棒MN 垂直放置在导轨上，可以认为MN 棒的长度与导轨宽度相等，且金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，不计空气阻力．金属棒MN 以恒定速度v 向右运动过程中，假设磁感应强度大小为B 且保持不变，为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷．（1）请根据法拉第电磁感应定律，推导金属棒MN 中的感应电动势E ；（2）在上述情景中，金属棒MN 相当于一个电源，这时的非静电力与棒中自由电荷所受洛伦兹力有关．请根据电动势的定义，推导金属棒MN 中的感应电动势E ．（3）请在图中画出自由电荷所受洛伦兹力示意图．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功．那么，金属棒MN 中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请结合图中自由电荷受洛伦兹力情况，通过计算分析说明．【答案】（1）E BLv =；（2）v E BL =（3）见解析【解析】【分析】(1)先求出金属棒MN 向右滑行的位移,得到回路磁通量的变化量∆Φ ,再由法拉第电磁感应定律求得E 的表达式;(2)棒向右运动时,电子具有向右的分速度,受到沿棒向下的洛伦兹力，1v f e B =,棒中电子在洛伦兹力的作用下,电子从M 移动到N 的过程中,非静电力做功v W e Bl =,根据电动势定义WE q=计算得出E. （3）可以从微观的角度求出水平和竖直方向上的洛伦兹力做功情况，在比较整个过程中做功的变化状况．【详解】（1）如图所示，在一小段时间∆t 内，金属棒MN 的位移 x v t ∆=∆这个过程中线框的面积的变化量S L x Lv t ∆=∆=∆ 穿过闭合电路的磁通量的变化量B S BLv t ∆Φ=∆=∆根据法拉第电磁感应定律 E t∆Φ=∆ 解得 E BLv =（2）如图所示，棒向右运动时，正电荷具有向右的分速度，受到沿棒向上的洛伦兹力1v f e B =，f 1即非静电力在f 的作用下，电子从N 移动到M 的过程中，非静电力做功v W e BL =根据电动势定义 W E q= 解得 v E BL =（3）自由电荷受洛伦兹力如图所示．设自由电荷的电荷量为q ，沿导体棒定向移动的速率为u ．如图所示，沿棒方向的洛伦兹力1f q B =v ，做正功11ΔΔW f u t q Bu t =⋅=v 垂直棒方向的洛伦兹力2f quB =，做负功22ΔΔW f v t quBv t =-⋅=-所以12+=0W W ，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零．1f 做正功，将正电荷从N 端搬运到M 端，1f 相当于电源中的非静电力，宏观上表现为“电动势”，使电源的电能增加；2f 做负功，宏观上表现为安培力做负功，使机械能减少．大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将机械能转化为等量的电能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用．【点睛】本题较难，要从电动势定义的角度上去求电动势的大小，并学会从微观的角度分析带电粒子的受力及做功情况．5．水平面上平行固定两长直导体导轨MN 和PQ ，导轨宽度L =2m ，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B =0.5T ，在垂直于导轨方向静止放置两根导体棒1和2，其中1的质量M =4kg,有效电阻R =0.6Ω，2的质量m =1kg ，有效电阻r =0.4Ω，现使1获得平行于导轨的初速度v 0=10m/s ，不计一切摩擦，不计其余电阻，两棒不会相撞．请计算：（1）初始时刻导体棒2的加速度a 大小．（2）系统运动状态稳定时1的速度v 大小．（3）系统运动状态达到稳定的过程中，流过导体棒1某截面的电荷量q 大小．（4）若初始时刻两棒距离d =10m ，则稳定后两棒的距离为多少？【答案】（1）10m/s 2（2）8m/s （3）8C （4）2m【解析】【详解】解：(1)初始时：0E BLv =EI R r=+ 对棒2：F 安BIL ma ==解得：222010m/s B L v a R r==+(2)对棒1和2的系统，动量守恒，则最后稳定时：0()Mv m M v =+ 解得：8m/s v =(3)对棒2，由动量定理：BIL t mv ∆= ，其中q I t =∆ 解得：8C mvq BL== (4)由E t φ∆=∆ 、E I R r=+、 q I t =∆ 联立解得：BL xq R r R rφ∆∆==++ 又mv q BL=解得：22()mv R r x B L+∆=则稳定后两棒的距离：22()2m mv R r d d x d B L+'=-∆=-=6．如图所示，ACD 、EFG 为两根相距L =0.5m 的足够长的金属直角导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，CDGF 面与水平面夹角θ=300．两导轨所在空间存在垂直于CDGF 平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B`=1T ．两根长度也均为L =0.5m 的金属细杆ab 、cd 与导轨垂直接触形成闭合回路，ab 杆的质量m 1未知，cd 杆的质量m 2=0.1kg ，两杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ=36，两金属细杆的电阻均为R =0.5Ω，导轨电阻不计．当ab 以速度v 1沿导轨向下匀速运动时，cd 杆正好也向下匀速运动，重力加速度g 取10m/s 2．(1)金属杆cd 中电流的方向和大小 (2)金属杆ab 匀速运动的速度v 1 和质量m 1【答案】I =5A 电流方向为由d 流向c; v 1=10m/s m 1=1kg 【解析】【详解】（1）由右手定则可知cd 中电流方向为由d 流向c对cd 杆由平衡条件可得：μ=+0022安sin 60（cos 60)m g m g F=安F BLI联立可得：I =5A (2) 对ab: 由 =12BLv IR得 110m/s v = 分析ab 受力可得： 0011sin 30cos 30m g BLI m g μ=+解得： m 1=1kg7．如图所示，两根间距为L 的平行金属导轨，其cd 右侧水平，左侧为竖直的14画弧，圆弧半径为r ，导轨的电阻与摩擦不计，在导轨的顶端接有阻值为R 1的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中。

备战高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题含详细答案

一、法拉第电磁感应定律1．如图，匝数为N 、电阻为r 、面积为S 的圆形线圈P 放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈P 通过导线与阻值为R 的电阻和两平行金属板相连，两金属板之间的距离为d ，两板间有垂直纸面的恒定匀强磁场。

当线圈P 所在位置的磁场均匀变化时，一质量为m 、带电量为q 的油滴在两金属板之间的竖直平面内做圆周运动。

重力加速度为g ，求：(1)匀强电场的电场强度 (2)流过电阻R 的电流(3)线圈P 所在磁场磁感应强度的变化率【答案】(1)mg q (2)mgdqR(3)()B mgd R r t NQRS ∆+=∆ 【解析】【详解】 (1)由题意得：qE =mg解得mg qE =(2)由电场强度与电势差的关系得：UE d=由欧姆定律得：U I R=解得mgdI qR=(3)根据法拉第电磁感应定律得到：E Nt∆Φ=∆ BS t t∆Φ∆=∆∆根据闭合回路的欧姆定律得到：()E I R r =+ 解得：()B mgd R r t NqRS∆+=∆2．如图，水平面（纸面）内同距为l 的平行金属导轨间接一电阻，质量为m 、长度为l 的金属杆置于导轨上，t ＝0时，金属杆在水平向右、大小为F 的恒定拉力作用下由静止开始运动．0t 时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ．重力加速度大小为g ．求（1）金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；（2）电阻的阻值．【答案】0F E Blt g m μ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ ； R =220B l t m【解析】【分析】【详解】（1）设金属杆进入磁场前的加速度大小为a ，由牛顿第二定律得：ma=F-μmg ① 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v ，由运动学公式有：v =at 0 ②当金属杆以速度v 在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律，杆中的电动势为:E=Blv ③ 联立①②③式可得:0F E Blt g m μ⎛⎫=-⎪⎝⎭④ （2）设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆的电流为I ，根据欧姆定律：I=ER⑤ 式中R 为电阻的阻值．金属杆所受的安培力为：f BIl = ⑥ 因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得：F –μmg–f=0 ⑦联立④⑤⑥⑦式得: R =220B l t m3．如图所示，平等光滑金属导轨AA1和CC1与水平地面之间的夹角均为θ，两导轨间距为L ，A 、C 两点间连接有阻值为R 的电阻，一根质量为m 、电阻也为R 的直导体棒EF 跨在导轨上，两端与导轨接触良好。

高考物理与法拉第电磁感应定律有关的压轴题及详细答案

高考物理与法拉第电磁感应定律有关的压轴题及详细答案一、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。

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。

(2)由qIt=得在0至t1时间内通过R1的电量为:202113n B r tq ItRtπ==2．光滑平行的金属导轨MN和PQ,间距L=1.0m,与水平面之间的夹角α=30°,匀强磁场磁感应强度B=2.0T,垂直于导轨平面向上,MP间接有阻值R=2.0Ω的电阻,其它电阻不计,质量m=2.0kg的金属杆ab垂直导轨放置,如图(a)所示．用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab,由静止开始运动,v−t图象如图(b)所示.g=10m/s2，导轨足够长．求：(1)恒力F的大小；(2)金属杆速度为2.0m/s时的加速度大小；(3)根据v−t图象估算在前0.8s内电阻上产生的热量．【答案】(1)18N(2)2m/s 2（3）4.12J 【解析】【详解】（1）由题图知，杆运动的最大速度为4/m v m s =，有22sin sin mB L v F mg F mg Rαα=+=+安，代入数据解得F=18N ．（2）由牛顿第二定律可得：sin F F mg ma α--=安得222222212sin 182100.52/2/2B L v F mg R a m s m s m α⨯⨯----⨯⨯===，（3）由题图可知0.8s 末金属杆的速度为1 2.2/v m s =，前0.8s 内图线与t 轴所包围的小方格的个数约为28个，面积为28×0.2×0.2=1.12，即前0.8s 内金属杆的位移为 1.12x m =，由能量的转化和守恒定律得：211sin 2Q Fx mgx mv α=--，代入数据解得： 4.12J Q =．【点睛】本题电磁感应与力学知识的综合，抓住速度图象的两个意义：斜率等于加速度，“面积”等于位移辅助求解．估算位移时，采用近似的方法，要学会运用．3．如图，水平面（纸面）内同距为l 的平行金属导轨间接一电阻，质量为m 、长度为l 的金属杆置于导轨上，t ＝0时，金属杆在水平向右、大小为F 的恒定拉力作用下由静止开始运动．0t 时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ．重力加速度大小为g ．求（1）金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；（2）电阻的阻值．【答案】0F E Blt g m μ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ ； R =220B l t m【解析】【分析】【详解】（1）设金属杆进入磁场前的加速度大小为a ，由牛顿第二定律得：ma=F-μmg ① 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v ，由运动学公式有：v =at 0 ②当金属杆以速度v 在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律，杆中的电动势为:E=Blv ③ 联立①②③式可得:0F E Blt g m μ⎛⎫=-⎪⎝⎭④ （2）设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆的电流为I ，根据欧姆定律：I=ER⑤ 式中R 为电阻的阻值．金属杆所受的安培力为：f BIl = ⑥ 因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得：F –μmg–f=0 ⑦联立④⑤⑥⑦式得: R =220B l t m4．如图甲所示，相距d 的两根足够长的金属制成的导轨，水平部分左端ef 间连接一阻值为2R 的定值电阻，并用电压传感器实际监测两端电压，倾斜部分与水平面夹角为37°.长度也为d 、质量为m 的金属棒ab 电阻为R ，通过固定在棒两端的金属轻滑环套在导轨上，滑环与导轨上MG 、NH 段动摩擦因数μ＝18(其余部分摩擦不计)．MN 、PQ 、GH 相距为L ，MN 、PQ 间有垂直轨道平面向下、磁感应强度为B 1的匀强磁场，PQ 、GH 间有平行于斜面但大小、方向未知的匀强磁场B 2，其他区域无磁场，除金属棒及定值电阻，其余电阻均不计，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，当ab 棒从MN 上方一定距离由静止释放通过MN 、PQ 区域(运动过程中ab 棒始终保持水平)，电压传感器监测到U －t 关系如图乙所示．（1）求ab 棒刚进入磁场B 1时的速度大小．（2）求定值电阻上产生的热量Q 1.（3）多次操作发现，当ab 棒从MN 以某一特定速度进入MNQP 区域的同时，另一质量为2m ，电阻为2R 的金属棒cd 只要以等大的速度从PQ 进入PQHG 区域，两棒均可同时匀速通过各自场区，试求B 2的大小和方向．【答案】（1）11.5U B d （2）2221934-mU mgL B d；（3）32B 1 方向沿导轨平面向上【解析】【详解】(1)根据ab 棒刚进入磁场B 1时电压传感器的示数为U ,再由闭合电路欧姆定律可得此时的感应电动势：1 1.52UE U R U R=+⋅= 根据导体切割磁感线产生的感应电动势计算公式可得：111E B dv =计算得出:111.5Uv B d=. (2)设金属棒ab 离开PQ 时的速度为v 2，根据图乙可以知道定值电阻两端电压为2U ，根据闭合电路的欧姆定律可得：12222B dv R U R R⋅=+ 计算得出：213Uv B d=；棒ab 从MN 到PQ ，根据动能定理可得： 222111sin 37cos3722mg L mg L W mv mv μ︒︒⨯-⨯-=-安根据功能关系可得产生的总的焦耳热：=Q W 总安根据焦耳定律可得定值电阻产生的焦耳热为：122RQ Q R R =+总联立以上各式得出：212211934mU Q mgL B d=-(3)两棒以相同的初速度进入场区匀速经过相同的位移，对ab 棒根据共点力的平衡可得：221sin 37cos3702B d vmg mg Rμ︒︒--=计算得出：221mgRv B d =对cd 棒分析因为：2sin 372cos370mg mg μ︒︒-⋅>故cd 棒安培力必须垂直导轨平面向下，根据左手定则可以知道磁感应强度B 2沿导轨平面向上，cd 棒也匀速运动则有：1212sin 372cos37022B dv mg mg B d R μ︒︒⎛⎫-+⨯⨯⨯= ⎪⎝⎭将221mgRv B d =代入计算得出：2132B B =. 答：(1)ab 棒刚进入磁场1B 时的速度大小为11.5UB d; (2)定值电阻上产生的热量为22211934mU mgL B d -;(3)2B 的大小为132B ，方向沿导轨平面向上.5．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2222mR grx B L=，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02v gr =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01222grv 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224grv =由平抛运动规律得，两棒落到地面后的距离()1222h rh x v v g ∆=-= （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 =6．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。

高考物理法拉第电磁感应定律压轴难题提高题专题含答案

高考物理法拉第电磁感应定律压轴难题提高题专题含答案一、高中物理解题方法：法拉第电磁感应定律1．如图甲所示，足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 竖直放置，其宽度1L m =，一匀强磁场垂直穿过导轨平面，导轨的上端M 与P 之间连接一阻值为0.40R =Ω的电阻，质量为0.01m kg =、电阻为0.30r =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 的关系如图乙所示，图象中的OA 段为曲线，AB 段为直线，导轨电阻不计，g 取210/(m s 忽略ab 棒运动过程中对原磁场的影响)．()1判断金属棒两端a 、b 的电势哪端高； ()2求磁感应强度B 的大小；()3在金属棒ab 从开始运动的1.5s 内，电阻R 上产生的热量．【答案】(1) b 端电势较高(2)0.1B T = (3) 0.26J 【解析】【详解】()1由右手定可判断感应电流由a 到b ，可知b 端为感应电动势的正极，故b 端电势较高。

()2当金属棒匀速下落时，由共点力平衡条件得：mg BIL =金属棒产生的感应电动势为：E BLv = 则电路中的电流为：EI R r=+ 由图象可得：11.27.0/7m /s 2.1 1.5x v m s t -===- 代入数据解得：0.1T B =()3在0 1.5s ～，以金属棒ab 为研究对象，根据动能定理得：212mgh Q mv =+解得：0.455J Q = 则电阻R 上产生的热量为：0.26J R RQ Q R r==+2．如图甲所示，水平放置的电阻不计的光滑平行金属导轨相距L=0.5m ，左端连接R=0.4Ω的电阻，右端紧靠在绝缘墙壁边，导轨间虚线右边与墙壁之间的区域内存在方向垂直导轨平面的磁场，虚线与墙壁间的距离为s=10m ，磁感应强度B 随时间t 变化的图象如图乙所示。

一电阻r =0.1Ω、质量为m=0.5kg 的金属棒ab 垂直导轨放置于距离磁场左边界d= 2.5m 处，在t=0时刻金属棒受水平向右的大小F=2.5N 的恒力作用由静止开始运动，棒与导轨始终接触良好，棒滑至墙壁边后就保持静止不动。

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)含答案

Rr
a v R r 1 U
t R BL t 代入数据可得 a 0.5m/s2
在 4s 末，金属杆的切割速度为 v R r 1 U 2m/s
R BL 此时拉力 F 为 F B2L2v ma
Rr 所以 4s 末拉力 F 的功率为 P Fv 0.18W
【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．
R 代入数据得 Q=21．6J
（3）由U 1 Bl2 2
得 v=lω=8m/s 考点：右手定则；焦耳定律；法拉第电磁感应定律【名师点睛】本题关键是明确电压的测量原理，然后结合法拉第电磁感应定律、线速度与角速度的关系、机械能的概念列式求解，不难。
7．如图 1 所示，MN 和 PQ 为竖直放置的两根足够长的光滑平行金属导轨，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、电阻不计，并与导轨接触良好．整个装置处于磁感应强度为 B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中．将导体杆 ab 由静止释放．求：
解得：
Q＝mgx－ 1 mv2 2
所以
Q＝0.455 J
QR＝ R Q＝0.26 J rR
答：(1) v＝7 m/s B＝0.1 T (2) q＝0.67 C (3)0.26 J
3．水平面上平行固定两长直导体导轨 MN 和 PQ，导轨宽度 L=2m，空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度 B=0.5T，在垂直于导轨方向静止放置两根导体棒 1 和 2，其中 1 的质量 M=4kg,有效电阻 R=0.6Ω，2 的质量 m=1kg，有效电阻 r=0.4Ω，现使 1 获得平行于导轨的初速度 v0=10m/s，不计一切摩擦，不计其余电阻，两棒不会相撞．请计算：

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题含详细答案

一、法拉第电磁感应定律1．如图所示，正方形单匝线框bcde边长L＝0.4 m，每边电阻相同，总电阻R＝0.16 Ω.一根足够长的绝缘轻质细绳跨过两个轻小光滑定滑轮，一端连接正方形线框，另一端连接物体P，手持物体P使二者在空中保持静止，线框处在竖直面内．线框的正上方有一有界匀强磁场，磁场区域的上、下边界水平平行，间距也为L＝0.4 m，磁感线方向垂直于线框所在平面向里，磁感应强度大小B＝1.0 T，磁场的下边界与线框的上边eb相距h＝1.6 m．现将系统由静止释放，线框向上运动过程中始终在同一竖直面内，eb边保持水平，刚好以v ＝4.0 m/s的速度进入磁场并匀速穿过磁场区，重力加速度g＝10 m/s2，不计空气阻力．（1）线框eb边进入磁场中运动时，e、b两点间的电势差U eb为多少？（2）线框匀速穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热Q为多少？（3）若在线框eb边刚进入磁场时，立即给物体P施加一竖直向下的力F，使线框保持进入磁场前的加速度匀加速运动穿过磁场区域，已知此过程中力F做功W F＝3.6 J，求eb边上产生的焦耳Q eb为多少？【答案】（1）1.2 V（2）3.2 J（3）0.9 J【解析】【详解】(1)线框eb边以v=4.0 m/s的速度进入磁场并匀速运动，产生的感应电动势为：10.44V=1.6 VE BLv==⨯⨯因为e、b两点间作为等效电源，则e、b两点间的电势差为外电压：U eb=34E=1.2 V.(2)线框进入磁场后立即做匀速运动，并匀速穿过磁场区，线框受安培力：F安=BLI根据闭合电路欧姆定律有：I=E R联立解得解得F安=4 N所以克服安培力做功：=2=420.4J=3.2J W F L ⨯⨯⨯安安而Q =W 安，故该过程中产生的焦耳热Q =3.2 J(3)设线框出磁场区域的速度大小为v 1，则根据运动学关系有：22122v v a L -=而根据牛顿运动定律可知：()M m ga M m-=+联立整理得：12(M+m )( 21v -v 2)=(M-m )g ·2L 线框穿过磁场区域过程中，力F 和安培力都是变力，根据动能定理有：W F -W'安+(M-m )g ·2L =12(M+m )( 21v -v 2) 联立解得：W F -W'安=0而W'安= Q'，故Q'=3.6 J又因为线框每边产生的热量相等，故eb 边上产生的焦耳热：Q eb =14Q'=0.9 J. 答：(1)线框eb 边进入磁场中运动时，e 、b 两点间的电势差U eb =1.2 V. (2)线框匀速穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热Q =3.2 J. (3) eb 边上产生的焦耳Q eb =0.9J.2．如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B 。

高中物理法拉第电磁感应定律压轴题提高题专题附答案

高中物理法拉第电磁感应定律压轴题提高题专题附答案一、高中物理解题方法：法拉第电磁感应定律1. 如图所示，垂直于纸而的匀强磁场磁感应强度为&纸而内有一正方形均匀金属线框abed,英边长为0,总电阻为R,加边与磁场边界平行。

从ad边刚进入磁场直至be边刚要进入的过程中，线框在向左的拉力作用下以速度U匀速运动，求：(1)拉力做功的功率P:(2)ab边产生的焦耳热Q【答案】⑴&吐匸(2) Q= —R 4R【解析】【详解】(1) 线圈中的感应电动势E=BLv感应电流E/=—R拉力大小等于安培力大小F=BIL拉力的功率B2I3V2P 二Fv= ------(2)线圈ab边电阻RRab-~4运动时间ab边产生的焦耳热Q=l2Rabt=!^\4R2. 如图甲所示,两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距为导轨平面与水平而成"30。

角，上端连接阻值R=1.S Q的电阻，质量为砖0.2Kg、阻值r=0.5 0的金属棒放在两导轨上，距离导轨最上端为J=4m,棒与导轨垂直并保持良好接触.整个装程处于一匀强磁场中，该匀强磁场方向与导轨平而垂直，磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示.为保持比棒静止，在棒上施加了一平行于导轨平而的外力F, g=10m/s2求：（1）当t=ls时,棒受到安培力F安的大小和方向；（2）当Qis时，棒受到外力F的大小和方向；（3）4s后，撤去外力F,金属棒将由静止开始下滑,这时用电压传感器将R两端的电压即时采集并输入汁算机，在显示器显示的电压达到某一恒左值后，记下该时刻棒的位巻，测岀该位置与棒初始位巻相距2m,求棒下滑该距离过程中通过金属棒横截而的电荷量q.【答案】（1） 0.5N；方向沿斜而向上（2） 0.5N,方向沿斜面向上（3） 1.5C【解析】【分析】【详解】（1）0-3s内，由法拉第电磁感应立律得：△①E =——=——厶乙=2V△/ St ・时，尸讦眈讦0.5N方向沿斜而向上（2）对ab棒受力分析，设F沿斜面向下，由平衡条件：F+mgsin30° -F ^=0F=-0.5N外力F大小为0.5N.方向沿斜而向上E△①（3）q=it,I=^. E =——:△①=B厶SR + r AZrrv —BL\S 1.5x1x2联立解得q = ~^=一C = 1.5CR + r 1.5+ 0.53. 如图所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计。

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题含详细答案

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题含详细答案一、法拉第电磁感应定律1．光滑平行的金属导轨MN 和PQ,间距L=1.0m,与水平面之间的夹角α=30°,匀强磁场磁感应强度B=2.0T,垂直于导轨平面向上,MP 间接有阻值R=2.0Ω的电阻,其它电阻不计,质量m=2.0kg 的金属杆ab 垂直导轨放置,如图(a)所示．用恒力F 沿导轨平面向上拉金属杆ab,由静止开始运动,v−t 图象如图(b)所示.g=10m/s 2，导轨足够长．求： (1)恒力F 的大小；(2)金属杆速度为2.0m/s 时的加速度大小；(3)根据v−t 图象估算在前0.8s 内电阻上产生的热量．【答案】(1)18N(2)2m/s 2（3）4.12J 【解析】【详解】（1）由题图知，杆运动的最大速度为4/m v m s =，有22sin sin mB L v F mg F mg Rαα=+=+安，代入数据解得F=18N ．（2）由牛顿第二定律可得：sin F F mg ma α--=安得222222212sin 182100.52/2/2B L v F mg R a m s m s m α⨯⨯----⨯⨯===，（3）由题图可知0.8s 末金属杆的速度为1 2.2/v m s =，前0.8s 内图线与t 轴所包围的小方格的个数约为28个，面积为28×0.2×0.2=1.12，即前0.8s 内金属杆的位移为 1.12x m =，由能量的转化和守恒定律得：211sin 2Q Fx mgx mv α=--，代入数据解得： 4.12J Q =．【点睛】本题电磁感应与力学知识的综合，抓住速度图象的两个意义：斜率等于加速度，“面积”等于位移辅助求解．估算位移时，采用近似的方法，要学会运用．2．如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B 。

纸面内有一正方形均匀金属线框abcd ，其边长为L ，总电阻为R ，ad 边与磁场边界平行。

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)含答案解析

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)含答案解析一、法拉第电磁感应定律1．如图所示，正方形单匝线框bcde边长L＝0.4 m，每边电阻相同，总电阻R＝0.16 Ω.一根足够长的绝缘轻质细绳跨过两个轻小光滑定滑轮，一端连接正方形线框，另一端连接物体P，手持物体P使二者在空中保持静止，线框处在竖直面内．线框的正上方有一有界匀强磁场，磁场区域的上、下边界水平平行，间距也为L＝0.4 m，磁感线方向垂直于线框所在平面向里，磁感应强度大小B＝1.0 T，磁场的下边界与线框的上边eb相距h＝1.6 m．现将系统由静止释放，线框向上运动过程中始终在同一竖直面内，eb边保持水平，刚好以v ＝4.0 m/s的速度进入磁场并匀速穿过磁场区，重力加速度g＝10 m/s2，不计空气阻力．（1）线框eb边进入磁场中运动时，e、b两点间的电势差U eb为多少？（2）线框匀速穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热Q为多少？（3）若在线框eb边刚进入磁场时，立即给物体P施加一竖直向下的力F，使线框保持进入磁场前的加速度匀加速运动穿过磁场区域，已知此过程中力F做功W F＝3.6 J，求eb边上产生的焦耳Q eb为多少？【答案】（1）1.2 V（2）3.2 J（3）0.9 J【解析】【详解】(1)线框eb边以v=4.0 m/s的速度进入磁场并匀速运动，产生的感应电动势为：10.44V=1.6 VE BLv==⨯⨯因为e、b两点间作为等效电源，则e、b两点间的电势差为外电压：U eb=34E=1.2 V.(2)线框进入磁场后立即做匀速运动，并匀速穿过磁场区，线框受安培力：F安=BLI根据闭合电路欧姆定律有：I=E R联立解得解得F安=4 N所以克服安培力做功：=2=420.4J=3.2J W F L ⨯⨯⨯安安而Q =W 安，故该过程中产生的焦耳热Q =3.2 J(3)设线框出磁场区域的速度大小为v 1，则根据运动学关系有：22122v v a L -=而根据牛顿运动定律可知：()M m ga M m-=+联立整理得：12(M+m )( 21v -v 2)=(M-m )g ·2L 线框穿过磁场区域过程中，力F 和安培力都是变力，根据动能定理有：W F -W'安+(M-m )g ·2L =12(M+m )( 21v -v 2) 联立解得：W F -W'安=0而W'安= Q'，故Q'=3.6 J又因为线框每边产生的热量相等，故eb 边上产生的焦耳热：Q eb =14Q'=0.9 J. 答：(1)线框eb 边进入磁场中运动时，e 、b 两点间的电势差U eb =1.2 V. (2)线框匀速穿过磁场区域的过程中产生的焦耳热Q =3.2 J. (3) eb 边上产生的焦耳Q eb =0.9J.2．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。

高中物理法拉第电磁感应定律压轴难题知识归纳总结附答案

高中物理法拉第电磁感应定律压轴难题知识归纳总结附答案一、高中物理解题方法：法拉第电磁感应定律1．如图，匝数为N 、电阻为r 、面积为S 的圆形线圈P 放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈P 通过导线与阻值为R 的电阻和两平行金属板相连，两金属板之间的距离为d ，两板间有垂直纸面的恒定匀强磁场。

当线圈P 所在位置的磁场均匀变化时，一质量为m 、带电量为q 的油滴在两金属板之间的竖直平面内做圆周运动。

重力加速度为g ，求：(1)匀强电场的电场强度 (2)流过电阻R 的电流(3)线圈P 所在磁场磁感应强度的变化率【答案】(1)mg q (2)mgd qR(3)()B mgd R r t NQRS ∆+=∆ 【解析】【详解】 (1)由题意得：qE =mg解得mg qE =(2)由电场强度与电势差的关系得：UE d=由欧姆定律得：U I R=解得mgdI qR=(3)根据法拉第电磁感应定律得到：E Nt∆Φ=∆ BS t t∆Φ∆=∆∆根据闭合回路的欧姆定律得到：()E I R r =+ 解得：()B mgd R r t NqRS∆+=∆2．两间距为L=1m 的平行直导轨与水平面间的夹角为θ=37° ,导轨处在垂直导轨平面向下、磁感应强度大小B=2T 的匀强磁场中.金属棒P 垂直地放在导轨上，且通过质量不计的绝缘细绳跨过如图所示的定滑轮悬吊一重物（重物的质量m 0未知），将重物由静止释放，经过一段时间，将另一根完全相同的金属棒Q 垂直放在导轨上，重物立即向下做匀速直线运动，金属棒Q 恰好处于静止状态.己知两金属棒的质量均为m=lkg 、电阻均为R=lΩ，假设重物始终没有落在水平面上，且金属棒与导轨接触良好，一切摩擦均可忽略，重力加速度g=l0m/s 2，sin 37°=0.6，cos37°=0.8.求：（1）金属棒Q 放上后，金属棒户的速度v 的大小；（2）金属棒Q 放上导轨之前，重物下降的加速度a 的大小（结果保留两位有效数字）；（3）若平行直导轨足够长，金属棒Q 放上后，重物每下降h=lm 时，Q 棒产生的焦耳热.【答案】（1）3m/s v = （2）22.7m/s a = （3）3J 【解析】【详解】(1)金属棒Q 恰好处于静止时sin mg BIL θ=由电路分析可知E BLv = ,2E I R= , 代入数据得，3m/s v =（2）P 棒做匀速直线运动时，0sin m g BIL mg θ=+，金属棒Q 放上导轨之前，由牛顿第二定律可得00sin ()m g mg m m a θ-=+代入数据得，22.7m/s a =（3）根据能量守恒可得，0sin m gh mgh Q θ=+总由于两个金属棒电阻串联，均为R ，可知Q 棒产生的焦耳热为3J 2Q Q ==总3．如图所示，间距为l 的平行金属导轨与水平面间的夹角为α，导轨间接有一阻值为R 的电阻，一长为l 的金属杆置于导轨上，杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ，导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B ，方向垂直于斜面向上，当金属杆受到平行于斜面向上大小为F 的恒定拉力作用，可以使其匀速向上运动；当金属杆受到平行于斜面向下大小为2F的恒定拉力作用时，可以使其保持与向上运动时大小相同的速度向下匀速运动，重力加速度大小为g ，求：（1）金属杆的质量；（2）金属杆在磁场中匀速向上运动时速度的大小。

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)含详细答案

高考物理压轴题之法拉第电磁感应定律(高考题型整理,突破提升)含详细答案一、法拉第电磁感应定律1．如图所示，垂直于纸面的匀强磁场磁感应强度为B。

纸面内有一正方形均匀金属线框abcd，其边长为L，总电阻为R，ad边与磁场边界平行。

高考物理法拉第电磁感应定律-经典压轴题附答案

高考物理法拉第电磁感应定律- 经典压轴题附答案一、法拉第电磁感应定律1．如图，匝数为N、电阻为r、面积为S的圆形线圈P 放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈P 通过导线与阻值为R 的电阻和两平行金属板相连，两金属板之间的距离为d，两板间有垂直纸面的恒定匀强磁场。

当线圈P 所在位置的磁场均匀变化时，一质量为m 、带电量为q 的油滴在两金属板之间的竖直平面内做圆周运动。

重力加速度为g，求：(1)匀强电场的电场强度(2)流过电阻R 的电流(3)线圈P 所在磁场磁感应强度的变化率答案】mg mgd(1) m q g(2) m q g R d(3)mgd (R r )NQRS解析】详解】(1)由题意得：解得qE=mgmg (2)由电场强度与电势差的关系得：由欧姆定律得：解得mgdqR (3)根据法拉第电磁感应定律得到：ENt根据闭合回路的欧姆定律得到： E I （R r ）解得：B mgd （R r ） t NqRS2．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=0.8 Ω，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（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（3） 2mgs mv2Rt【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： mgsin F cos ，根据安培力公式有： F BIL ，解得： v m 2 g 2Rsin 218.75 ；B L cos（2）由牛顿第二定律有： mg sin F cos ma ，I BLv cos 1A RF BIL 0.2N ，a 4.4m / s 2 ；（3）根据能量守恒有：根据欧姆定律有： IE BLv cos RR mgs22mv 2 I 02Rt， 2MN 、 PQ 间有垂直轨道平面向下、磁感应强度为 B 1 的匀强磁场， PQ 、GH 间有平行于斜面但大小、方向未知的匀强磁场 B 2，其他区域无磁场，除金属棒及定值电阻，其余电阻均不计，sin 37 ＝°0.6，cos 37 °＝0.8，当 ab 棒从 MN 上方一定距离由静止释放通过 MN 、PQ 区域（运动过程中 ab 棒始终保持水平），电压传感器监测到1）求 ab 棒刚进入磁场 B 1 时的速度大小． 2）求定值电阻上产生的热量 Q 1.3）多次操作发现，当 ab 棒从 MN 以某一特定速度进入 MNQP 区域的同时，另一质量为 2m ，电阻为 2R 的金属棒 cd 只要以等大的速度从 PQ 进入 PQHG 区域，两棒均可同时匀速通过各自场区，试求 B 2 的大小和方向．解析】详解】（1）根据 ab 棒刚进入磁场 B 1 时电压传感器的示数为 U,再由闭合电路欧姆定律可得此时的感应电动势：E 1 U 2U R R 1.5U根据导体切割磁感线产生的感应电动势计算公式可得：E 1B 1dv 1计算得出 :v 1.5UB 1d .（2）设金属棒 ab 离开 PQ 时的速度为 v 2，根据图乙可以知道定值电阻两端电压为 2U ，根据闭合电路的欧姆定律可得：B 1dv22R 2U2R R解得： I 02mgs mv 2Rt3．如图甲所示，相距 d 的两根足够长的金属制成的导轨，水平部分左端 ef 间连接一阻值为 2R 的定值电阻，并用电压传感器实际监测两端电压，倾斜部分与水平面夹角为37°.长度也为 d 、质量为 m 的金属棒 ab 电阻为 R ，通过固定在棒两端的金属轻滑环套在导轨上，滑环与导轨上 MG 、NH 段动摩擦因数 μ＝ 81 （其余部分摩擦不计8）．MN 、PQ 、GH 相距为 L ，U － t 关系如图乙所示．答案】 1）1.5UB 1d1 2）mgL49B m 2Ud 2 ；（3）32B 1方向沿导轨平面向上；棒 ab 从 MN 到 PQ ，根据动能定理可得： B 1d1 2 1 2 mgsin37 L mg cos37 L W 安mv 2 mv 1 22根据功能关系可得产生的总的焦耳热根据焦耳定律可得定值电阻产生的焦耳热为：将 v m 2gR 2 代入计算得出： B 2 32B 1 . B 1 d答： (1)ab 棒刚进入磁场 B 1时的速度大小为 1.5U ; B 1d(2)定值电阻上产生的热量为 1mgL 9m 2U34B 12d(3)B 2的大小为 32B 1 ，方向沿导轨平面向上 .4．如图所示，两条平行的金属导轨相距 L=lm ，金属导轨的倾斜部分与水平方向的夹角为 37°，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中．金属棒 MN 和 PQ 的质量均为 m=0.2kg ，电阻分别为 R MN =1Ω和 R PQ =2Ω． MN 置于水平导轨上，与水平导轨间的动摩擦因数 μ =0.5，PQ 置于光滑的倾斜导轨上，两根金属棒均与导轨垂直且接触良好．从 t=0 时刻起， MN 棒在水平外力 F 1的作用下由静止开始以 a=1m / s 2的加速度向右做匀加速直线运动， PQ 则在平行于斜面方向的力 F 2作用下保持静止状态． t =3s 时， PQ 棒消耗的电功率为 8W ，不计导轨的3U计算得出： v 2Q 12R2R RQ总联立以上各式得出：1Q 1mgL 39mU 24B 12d 2 (3)两棒以相同的初速度进入场区匀速经过相同的位移，对 mg sin 37mg cos37ab 棒根据共点力的平衡可得：B 12d 2v2R 0mgR 计算得出： v B m 12g d R2对 cd 棒分析因为：2mg sin 372mg cos37 0故 cd 棒安培力必须垂直导轨平面向下，根据左手定则可以知道磁感应强度向上， cd 棒也匀速运动则有：B 2 沿导轨平面2mg sin 372mgcos37 B 2 12 B 21d R v d22电阻，水平导轨足够长， MN 始终在水平导轨上运动．求：1) 磁感应强度 B 的大小；2) t=0～3s 时间内通过 MN 棒的电荷量； 3) 求 t=6s 时 F 2 的大小和方向；4) 若改变 F 1的作用规律，使 MN 棒的运动速度 v 与位移 s 满足关系： v=0.4s ， PQ 棒仍20J 3解析】【分析】t =3s 时， PQ 棒消耗的电功率为 8W ，由功率公式 P=I 2R 可求出电路中电流，由闭合电路欧姆定律求出感应电动势．已知 MN 棒做匀加速直线运动，由速度时间公式求出 t=3s 时的速度，即可由公式 E=BLv 求出磁感应强度 B ；根据速度公式 v=at 、感应电动势公式 E=BLv 、闭合电路欧姆定律和安培力公式 F=BIL 结合，可求出 PQ 棒所受的安培力大小，再由平衡条件求解 F 2的大小和方向；改变 F 1的作用规律时， MN 棒做变加速直线运动，因为速度 v 与位移x 成正比，所以电流 I 、安培力也与位移 x 成正比，可根据安培力的平均值求出安培力做功，系统产生的热量等于克服安培力，即可得解．【详解】(1) 当 t=3s 时，设 MN 的速度为 v 1，则 v 1=at =3m/s 感应电动势为： E 1=BL v 1根据欧姆定律有： E 1=I(R MN + R PQ ) 根据 P=I 2 R PQ代入数据解得： B=2T(2) 当 t ＝6 s 时，设 MN 的速度为 v 2，则速度为： v 2＝at ＝ 6 m/s 感应电动势为： E 2＝BLv 2＝12 V安培力为： F 安＝ BI 2L ＝ 8 N 规定沿斜面向上为正方向，对 PQ 进行受力分析可得：F 2＋ F 安cos 37 °＝mgsin 37 °代入数据得： F 2＝－ 5.2 N(负号说明力的方向沿斜面向下 ) (3)MN 棒做变加速直线运动，当 x ＝5 m 时， v ＝ 0.4x ＝ 0.4 ×5 m ＝/s2 m/s根据闭合电路欧姆定律： I 2E2RMNRPQ4A然静止在倾斜轨道上．求 MN 棒从静止开始到 s=5m 的过程中，系统产生的焦耳热．Q因为速度 v 与位移 x 成正比，所以电流 I 、安培力也与位移 x 成正比，【点睛】本题是双杆类型，分别研究它们的情况是解答的基础，运用力学和电路．关键要抓住安培力与位移是线性关系，安培力的平均值等于初末时刻的平均值，从而可求出安培力做功．5．如图所示足够长的光滑平行金属导轨 MN 、 PQ 组成的平面与水平面成 37°放置，导轨宽度 L=1m ，一匀强磁场垂直导轨平面向下，导轨上端 M 与 P 之间连接阻值 R=0.3Ω的电阻，质量为 m=0.4kg 、电阻 r=0.1 Ω的金属棒 ab 始终紧贴在导轨上．现使金属导轨 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 的关系如图乙所示，图像中的 OA 段为曲线， AB 段为直线，导轨电阻不计． g=10m/s 2，忽略(1) 磁感应强度 B 的大小；(2) 金属棒 ab 在开始运动的 2.0s 内，通过电阻 R 的电荷量；(3) 金属棒 ab 在开始运动的 2.0s 内，电阻 R 产生的焦耳热．【答案】( 1) B 0.4T (2) q 6C (3) Q R 5.4J 【解析】(1) 导体棒在沿斜面方向的重力分力与安培力平衡：得 mgsin BIL导体棒切割磁感线产生的电动势为：E BLv 由闭合电路欧姆定律知：Rrx 3.6 v 6m/st 0.6 联立解得： B 0.4T(2) q It E t t BsL 6C R r t(R r) (R r) (R r)12安培力做功： W 安 1BL 2BLv230Jab 棒在运动过程中对原磁场的影响．求：3)由功能关系得：mgxsin 12 mv2 QQQ R R 5.4JRr综上所述本题答案是： (1) 0.4T (2)6C (3) 5.4J点睛：对于本题要从力的角度分析安培力作用下导体棒的平衡问题，列平衡方程，另外要借助于动能定理、功能关系求能量之间的关系．6．如图所示，两根相距d=1m 的足够长的光滑平行金属导轨位于xoy 竖直面内，两金属导轨一端接有阻值为R=2Ω的电阻．在y>0 的一侧存在垂直纸面的磁场，磁场大小沿x轴均匀分布，沿y 轴大小按规律B 0.5 y 分布。

高考物理与法拉第电磁感应定律有关的压轴题含详细答案

高考物理与法拉第电磁感应定律有关的压轴题含详细答案一、法拉第电磁感应定律1．如图，匝数为N 、电阻为r 、面积为S 的圆形线圈P 放置于匀强磁场中，磁场方向与线圈平面垂直，线圈P 通过导线与阻值为R 的电阻和两平行金属板相连，两金属板之间的距离为d ，两板间有垂直纸面的恒定匀强磁场。

当线圈P 所在位置的磁场均匀变化时，一质量为m 、带电量为q 的油滴在两金属板之间的竖直平面内做圆周运动。

已知磁感应强度随时间变化的规律为B =（2+0.2t ）T ，定值电阻R 1=6 Ω，线圈电阻R 2=4Ω求：（1）磁通量变化率，回路的感应电动势。

（2）a 、b 两点间电压U ab 。

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mgsin FA 0
安培力： FA BIL
I BLv R r
联立解得： v
mg(R r)sin B 2 L2
0.0110 (0.4 0.1) 0.6 0.52 0.22
3m / s
（2）根据能量守恒定律，从高度 h=0.95m 处滑下后回路中上产生的热量：
Q mgh 1 mv2 0.0110 0.95 1 0.01 32 0.05J
2 ab 棒与轨道间的最大摩擦力为： fm mg 0.1N F0 0.025N
故前 3s 内导体棒静止不动，由平衡条件得： f BIL
由图知在 0 3s 内，磁感应强度为： B B0 kt 0.2 0.1t
联立解得： f 0.01252 t N(t 3s) ；
3 前 3s 内通过电阻 R 的电量为： q1 I t 0.25 3C 0.75C
(2 3)r
2a 4a
金属棒运动到 D 点，所需的时间设为 t ，则有： 1 L 1 at2 22
解得： t L a
当t
L 2a
t 时，
Pmax
3B2 L2 a 4(2 3)r
5．研究小组同学在学习了电磁感应知识后，进行了如下的实验探究（如图所示）：两个足够长的平行导轨（MNPQ 与 M1P1Q1）间距 L=0.2m，光滑倾斜轨道和粗糙水平轨道圆滑连接，水平部分长短可调节，倾斜轨道与水平面的夹角 θ=37°．倾斜轨道内存在垂直斜面方向向上的匀强磁场，磁感应强度 B=0.5T，NN1 右侧没有磁场；竖直放置的光滑半圆轨道 PQ、P1Q1 分别与水平轨道相切于 P、P1，圆轨道半径 r1=0．lm，且在最高点 Q、Q1 处安装了压力传感器．金属棒 ab 质量 m=0.0lkg，电阻 r=0.1Ω，运动中与导轨有良好接触，并且垂直于导轨；定值电阻 R=0.4Ω，连接在 MM1 间，其余电阻不计：金属棒与水平轨道间动摩擦因数 μ=0.4．实验中他们惊奇地发现：当把 NP 间的距离调至某一合适值 d，则只要金属棒从倾斜轨道上离地高 h=0.95m 及以上任何地方由静止释放，金属棒 ab 总能到达 QQ1 处，且压力传感器的读数均为零．取 g=l0m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．则：
F mgsin mgcos BIl ，
同理可得
F mgsin mgcos BIl ， 2
由闭合电路的欧姆定律可得
E IR ，
由法拉第电磁感应定律可得
联立解得
E BLv ，
m F ， 4gsin
（2）金属杆在磁场中匀速向上运动时速度的大小
v
3RE 4B2l 2
RF 4B 2l 2 tan
(1)刚进入磁场时回路的电流强度 i0；
(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 pmax．
【答案】 i0
B (2
6gh 3)r
；
S
（2
3）(m 2gh 3B 2 L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
2
故电阻
R
产生的热量为： QR
R R
r
Q
0.4 0.05 0.4 0.1
0.04J
（3）对从斜面最低点到圆轨道最高点过程，根据动能定理，有：
mg
2r1
mgd
1 2
mv12
1 2
mv2 ①
在圆轨道的最高点，重力等于向心力，有： mg m v12 ② r1
联立①②解得： d v2 5gr1 32 510 0.1 0.5m
向上运动时大小相同的速度向下匀速运动，重力加速度大小为 g，求：
（1）金属杆的质量；（2）金属杆在磁场中匀速向上运动时速度的大小。
【答案】（1） m
F 4g sin
；（2） v
3RE 4B2l 2
RF 4B2l2 tan
。
【解析】
【分析】
【详解】
（1）金属杆在平行于斜面向上大小为 F 的恒定拉力作用下可以保持匀速向上运动，设金属杆的质量为 m，速度为 v，由力的平衡条件可得
【解析】【详解】
解： 1 由图 b 知： B 0.2 0.1T / s
t2 t 0 时棒的速度为零，故回路中只有感生感应势为： E B Ld 0.05V
tt
感应电流为： I E 0.25A R
可得 t 0 时棒所受到的安培力： F0 B0IL 0.025N ，方向水平向右；
（1）金属棒匀速运动的速度大小；（2）金属棒与金属导轨间的动摩擦因数 μ；（3）金属棒经过 efgh 区域时定值电阻 R 上产生的焦耳热。
【答案】（1）
；（2）；（3） mgL2。
【解析】【分析】（1）金属棒到达 cd 位置前已经开始做匀速运动，根据平衡条件结合安培力的计算公式求解；（2）分析导体棒的受力情况，根据平衡条件结合摩擦力的计算公式求解；（3）根据功能关系结合焦耳定律求解。【详解】（1）金属棒到达 cd 位置前已经开始做匀速运动，根据平衡条件可得：mg=BIL1，
回路的瞬时电阻：
R
r[2(L
cos
60
1 2
at2 )
tan
600
2 cos 600
(L
cos
60
1 2
at2 )
(2
3)r(L at2)
功率：
E2 3B2a2 (L at2 )2t2
P
3B2a2
(at4 Lt2 )
3B2a2
[a(t2
L
)2
L2 ]
R (2 3)r(L at2) (2 3)r
2 g
2 0.410
6．现代人喜欢到健身房骑车锻炼，某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置，如图所示。自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中，后轮圆形金属盘在磁场中转动时，可等效成一导体棒绕圆盘中心 O 转动。已知磁感应强度 B=0．5T，圆盘半径 l=0．3m，圆盘电阻不计。导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心 O 相连，导线两端 a、b 间接一阻值 R=10Ω 的小灯泡。后轮匀速转动时，用电压表测得 a、b 间电压 U=0．6V。
。
3．如图 a ，平行长直导轨 MN、PQ 水平放置，两导轨间距 L 0.5m ，导轨左端 MP 间
接有一阻值为 R 0.2 的定值电阻，导体棒 ab 质量 m 0.1kg ，与导轨间的动摩擦因数 0.1，导体棒垂直于导轨放在距离左端 d 1.0m 处，导轨和导体棒电阻均忽略不计.整个装置处在范围足够大的匀强磁场中， t 0 时刻，磁场方向竖直向下，此后，磁感应强度
（1）金属棒从 0.95m 高度以上滑下时，试定性描述金属棒在斜面上的运动情况，并求出它在斜面上运动的最大速度；
（2）求从高度 h=0.95m 处滑下后电阻 R 上产生的热量；（3）求合适值 d．【答案】（1）3m/s；（2）0.04J；（3）0.5m．【解析】
【详解】
（1）导体棒在斜面上由静止滑下时，受重力、支持力、安培力，当安培力增加到等于重力的下滑分量时，加速度减小为零，速度达到最大值；根据牛顿第二定律，有：
由于
解得：
；
（2）由于金属棒切割磁感线时开关会自动断开，不切割时自动闭合，则在棒通过 cdfe 区域的过程中开关是闭合的，此时棒受到安培力方向垂直于轨道向里；根据平衡条件可得：mg=μFA，
通过导体棒的电流 I′= ，则 FA=BI′L1，
解得 μ= ；
（3）金属棒经过 efgh 区域时金属棒切割磁感线时开关自动断开，此时导体棒仍匀速运动；根据功能关系可知产生的总的焦耳热等于克服安培力做的功，而 W 克=mgL2，则 Q 总=mgL2，
（1）与 a 连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱？（2）圆盘匀速转动 10 分钟，则此过程中产生了多少电能？（3）自行车车轮边缘线速度是多少？
t
m
vi
3B2 L (2 3)r
S
umgt0
mv0
得：
S
（2
3）(m 2gh umgt0 )r 3B 2 L
(3)金属棒匀加速运动， v at
切割磁感线的有效长度为： l ' 2（L cos 600 1 at2 ) tan 60 2
产生感应电动势： E Blv
E B 2(L cos 60 1 at2 ) tan 60 at 3Ba(L at2)t 2
umgt0 )r
； Pmax
3B2 L2 a 4(2 3)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
v0
，则：
mgh
1 2
mv02
解得： v0 2gh 刚进入磁场时产生的感应电动势： e1 Bdv0
导轨宽度： d 3L
回路电阻： R (2 3)Lr
B 随时间 t 的变化如图 b 所示，不计感应电流磁场的影响 .当 t 3s 时，突然使 ab 棒获得
向右的速度 v0 8m / s ，同时在棒上施加一方向水平、大小可变化的外力 F，保持 ab 棒具有大小为恒为 a 4m / s2 、方向向左的加速度，取 g 10m / s2 ．
1 求 t 0 时棒所受到的安培力 F0 ； 2 分析前 3s 时间内导体棒的运动情况并求前 3s 内棒所受的摩擦力 f 随时间 t 变化的关系
设 3s 后到撤去外力 F 时又运动了 s1 ，则有：
q q1 I
t
BLs1 RR
解得： s1 6m
此时 ab 棒的速度设为 v1 ，则有： v12 v02 2as1
解得： v1 4m / s
此后到停止，由能量守恒定律得：