高考物理电磁感应第二道大题.docx

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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Ep，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vm.

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Im，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）

               （2分）

故：

      （3分）

考点：

本题考查了力的平衡、欧姆定律、电磁感应定律。

6.如图甲所示，平行金属导轨竖直放置，导轨间距为L＝1m，上端接有电阻R1＝3，下端接有电阻R2＝6，虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场．现将质量m＝0.1kg、电阻不计的金属杆ab，从OO′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下落0.2m过程中始终与导轨保持良好接触，加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示.求：

（1）磁感应强度B；

（2）杆下落0.2m过程中通过金属杆的电荷量q.

答案：

（1）  2T  

（2）   0.15C

答案解析：

试题分析：

（1）由图象知，杆自由下落距离是0.05m，当地重力加速度g＝10m/s2，则杆进入磁场时的速度（2分）

由乙图象知，杆进入磁场时加速度a＝－g＝－10m/s2    （1分）

由牛顿第二定律得mg－F安＝ma  （2分）

回路中的电动势E＝BLv         （1分）

杆中的电流I＝      （1分）

R并＝         （2分）

F安＝BIL＝     （1分）

得B＝＝2T   （1分）

（2）杆在磁场中运动产生的平均感应电动势 （2分）

杆中的平均电流   （2分）

通过杆的电荷量   （2分）

通过杆的电荷量q＝0.15C  （1分）

考点：

本题考查落体运动的规律、牛顿运动定律以及电磁感应现象中的相关计算等。

7.如图所示，和为固定在绝缘水平面上两平行光滑金属导轨，导轨左端间接有阻值为=导线；导轨右端接有与水平轨道相切、半径内壁光滑的半圆金属轨道。

导轨间距，电阻不计。

导轨所在平面区域内有竖直向上的匀强磁场。

导轨上长度也为、质量、电阻=的金属棒以=速度进入磁场区域，离开磁场区域后恰好能到达半圆轨道的最高点，运动中金属棒始终与导轨保持良好接触。

已知重力加速度=。

求：

（1）金属棒刚滑出磁场右边界时的速度的大小；

（2）金属棒滑过磁场区的过程中，导线中产生的热量。

答案：

（1）

（2）

答案解析：

试题分析：

（1）在轨道的最高点，根据牛顿定律

     ①

金属棒刚滑出磁场到最高点，根据机械能守恒     ②

由①②式代入数据解得

                  ③

（2）对金属棒滑过磁场的过程中，根据能量关系

       ④

对闭合回路，根据热量关系

            ⑤

由④⑤式并代入数据得

                  ⑥

考点：

牛顿定律、机械能守恒定律及能量守恒定律。

8.如图甲所示，空间存在B=0.5T，方向竖直向下的匀强磁场，MN、PQ是水平放置的平行长直导轨，其间距L=0.2m，R是连在导轨一端的电阻，ab是跨接在导轨上质量m=0.1kg的导体棒。

从零时刻开始，对ab施加一个大小为F=0.45N，方向水平向左的恒定拉力，使其从静止开始沿导轨滑动，滑动过程中棒始终保持与导轨垂直且良好接触，图乙是棒的v-t图像，其中AO是图像在O点的切线，AB是图像的渐近线。

除R以外，其余部分的电阻均不计。

设滑动摩擦力等于最大静摩擦力。

已知当棒的位移为100m时，其速度达到了最大速度10m/s。

求：

（1）R的阻值；

（2）棒ab在题述运动过程中克服摩擦力做的功；

（3）在题述过程中电阻R上产生的焦耳热。

答案：

（1）；

（2）；（3）

答案解析：

试题分析：

（1）由图乙得起动瞬间：

  （1分）

则：

   （1分）

最终以速度匀速运动，则所受到有拉力、摩擦力和安培力的合力为零

       （1分）

     （1分）

联立可得：

     （1分）

（2）棒克服摩擦力做功：

    （1分）

（3）由能量关系可得电阻上产生的焦耳热：

  （2分）

考点：

电磁感应，功能关系，牛顿运动定律

9.如图，顶角为90°的“∨”型光滑金属导轨MON固定在倾角为θ的绝缘斜面上，M、N连

线平行于斜面底端，导轨MO、NO的长度相等，M、N两点间的距离L=2m，整个装置处于磁感应强度大小B=0.5T、方向垂直于斜面向下的匀强磁场中。

一根质量m=0.4kg,粗细均匀、单位长度电阻值r=0.5Ω/m的导体棒ab，受到平行于斜面向上且垂直于ab的变力F作用，以速度v=2m/s沿导轨向下匀速滑动，导体棒在运动过程中始终与导轨接触良好，不计导轨电阻，从导体棒在MN时开始计时，

（1）t=0时，F=0，求斜面倾角θ；

（2）求0.2s内通过导体棒的电荷量q；

（3）求导体棒通过整个金属导轨的过程中产生的焦耳热Q。

答案：

30°0.4C1J

答案解析：

试题分析：

因导体棒切割磁感线产生感应电动势，可根据法拉第电磁感应定律与闭合电路欧姆定律可求出电流大小进而得出安培力大小，再对导体棒受力分析，根据平衡条件确定斜面倾角；由第一问可知电流强度与导体棒长度无关，为恒定电流根据可