高考物理电磁感应(第二道大题)

1.如图所示，M′MNN′为放置在粗糙绝缘水平面上的U型金属框架，MM′和NN′相互平行且足够长，间距l=0.40m，质量M=0.20kg。质量m=0.10kg的导体棒ab垂直于MM′和NN′放在框架上，导体棒与框架的摩擦忽略不计。整个装置处于竖直向下的匀磁场中，磁感应强度B=0.50T。t=0时，垂直于导体棒ab施加一水平向右的恒力F=

2.0N，导体棒ab从静止开始运动；当t=t1时，金属框架将要开始运动，此时导体棒的速度v1=6.0m/s；经过一段时间，当t=t2时，导体棒ab的速度v2=12.0m/s；金属框架的速度

v3=0.5m/s。在运动过程中，导体棒ab始终与MM′和NN′垂直且接触良好。已知导体棒ab的电阻

r=0.30Ω，框架MN部分的阻值R=0.10Ω，其余电阻不计。设框架与水平面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2。求：

（1）求动摩擦因数μ；

（2）当t=t2时，求金属框架的加速度；

（3）若在0~t1这段时间内，MN上产生的热量 Q=0.10J，求该过程中导体棒ab位移x的大小。

答案：（1）（2）（3）

答案解析：试题分析：（1）当时，导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势

所以回路中的电流

取金属框架为研究对象，MN边受到安培力，

（1分）

与地面之间的最大静摩擦力

刚要开始滑动说明安培力等于最大静摩擦力（1分）

解得：（1分）

（2）当时，设回路中的电流为

（1分）

取金属框架为研究对象，根据牛顿第二定律有

解得：（1分）

（3）在0~t1时间内，电路中产生的总热量

（1分）

根据功能原理，拉力做功转化为焦耳热和金属棒动能

（1分）

解得：（1分）

考点：电磁感应

2.如图所示，固定的光滑金属导轨间距为L，导轨电阻不计，上端a、b间接有阻值为R的电阻，导轨平面与水平面的夹角为θ，且处在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。质量为m、电阻为r的导体棒与固定弹簧相连后放在导轨上。初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有沿轨道向上的初速度v0。整个运动过程中导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。已知弹簧的劲度系数为k，弹簧的中心轴线与导轨平行。

⑴求初始时刻通过电阻R的电流I的大小和方向；

⑵当导体棒第一次回到初始位置时，速度变为v，求此时导体棒的加速度大小a；

⑶导体棒最终静止时弹簧的弹性势能为E p，求导体棒从开始运动直到停止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q。

答案：（1），电流方向为b→a （2）（3）

答案解析：试题分析：⑴棒产生的感应电动势 2

分

通过的电流大小 2分

电流方向为b→a 1分

⑵棒产生的感应电动势为 1分

感应电流 1分

棒受到的安培力大小，方向沿斜面向上1分

根据牛顿第二定律有1分

解得1分

⑶导体棒最终静止，有

压缩量1分

设整个过程回路产生的焦耳热为Q0，根据能量守恒定律有

2分

1分

电阻R上产生的焦耳热

2分

考点：本题考查了感应电动势和右手定则、电磁感应与牛顿运动定律的结合，电磁感应与能量的结合3.如图所示，在一磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场中，垂直于磁场方向水平放置着两根相距为h＝0.1m 的平行金属导轨MN和PQ，导轨电阻忽略不计，在两根导轨的端点N、Q之间连接一阻值R＝0.3Ω的电阻。导轨上跨放着一根长为L＝0.2m，每米长电阻r＝2.0Ω/m的金属棒ab，金属棒与导轨正交放置，交点为c、d，当金属棒在水平拉力作用于以速度v＝4.0m/s向左做匀速运动时，试求：

（1）使金属棒做匀速运动的拉力；（2）回路中的发热功率；（3）金属棒ab两端点间的电势差。

答案：（1）0.02N （2）0.08W （3）0.32V

答案解析：试题分析：（1）当金属棒ab在水平拉力作用向左做匀速运动时切割磁感线，

产生的感应电动势（2分）

由闭合电路欧姆定律，可得回路中产生的感应电流为：

（1分）

金属棒ab受到的安培力为：

（1分）

要使金属棒匀速运动，应有（1分）

（2）该回路为纯电阻电路，则回路中的热功率为：

（2分）

（3）金属棒ab两端的电势差等于、与三者之和，

由于（2分）

所以（1分）

考点：本题考查了导体切割磁感线的规律。

4.如图所示，固定于水平桌面上足够长的两平行光滑导轨PQ、MN，其电阻不计，间距d=0.5m，P、M 两端接有一只理想电压表，整个装置处于竖直向下的磁感应强度B0＝0.2T的匀强磁场中，两金属棒L1、L2平行地搁在导轨上，其电阻均为r＝0.1Ω，质量分别为M1=0.3kg和M2＝0.5kg。固定棒L1，使L2在水平恒力F=0.8N的作用下，由静止开始运动。试求：

(1) 当电压表读数为U=0.2V时，棒L2的加速度为多大；

(2)棒L2能达到的最大速度v m.

答案：（1）1.2m/s2（2）16m/s

答案解析：试题分析：(1) 流过L2的电流

（1分）

L2所受的安培力（1分）

对L2由牛顿第二定律，可得：（2分）

解得：（1分）

（2）当安培力与恒力平衡时，棒L2速度达到最大，此时电路电流为I m，则

（1分）

而（2分）

由（1分）

解得：（1分）

考点：本题考查了电磁感应与力学、磁场、电路等多方面知识的综合

5.如图所示，倾角为的光滑导轨上端接入一定值电阻，Ⅰ和Ⅱ是边长都为L的两正方形磁场区域，其区域内的磁场方向都垂直于导轨平面向上，区域Ⅰ中磁场的磁感强度为，区域Ⅱ中磁场随时间按变化，一质量为、电阻为的金属杆穿过区域Ⅰ垂直地跨放在两导轨上，并恰能保存静止。试求：

（1）通过金属杆的电流大小; （2）定值电阻的阻值为多大？

答案：（1）（2）

答案解析：试题分析:（1）对金属杆：（4分）

解得：（3分）

（2）（2分）