江苏省南京化学工业园区高考物理复习 电磁感应综合问题专题训练.doc

电磁感应综合问题1在如图所示的倾角为的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小为b的匀强磁场，区域i的磁场方向垂直斜面向上，区域的磁场方向垂直斜面向下，磁场的宽度均为l，一个质量为m、电阻为r、边长也为l的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，当ab边刚越过gh进入磁场区时，恰好以速度 v1做匀速直线运动；当ab边下滑到jp与mn的中间位置时，线框又恰好以速度v2做匀速直线运动，从ab进入gh到mn与jp的中间位置的过程中，线框的动能变化量为ek，重力对线框做功大小为w1，安培力对线框做功大小为w2，下列说法中正确的有a在下滑过程中，由于重力做正功，所以有v2v1b从ab进入gh到mn与jp的中间位置的过程中，机械能守恒c从ab进入gh到mn与jp的中间位置的过程，有（w1ek）机械能转化为电能d从ab进入gh到mn与jp的中间位置的过程中，线框动能的变化量大小为ek= w1 w22如图是一种焊接方法的原理示意图将圆形待焊接金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以某种电流，待焊接工件中会产生感应电流，感应电流在焊缝处产生大量的热量将焊缝两边的金属熔化，待焊工件就焊接在一起我国生产的自行车车轮圈就是用这种办法焊接的下列说法中正确的是a线圈中的电流是很强的恒定电流b线圈中的电流是交变电流，且频率很高c待焊工件焊缝处的接触电阻比非焊接部分电阻小d焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向总是相反甲乙3如图甲所示，垂直纸面向里的有界匀强磁场磁感应强度b = 1.0 t，质量为m = 0.04 kg、高h = 0.05 m、总电阻r = 5 、n = 100匝的矩形线圈竖直固定在质量为m = 0.08kg的小车上，小车与线圈的水平长度l相同当线圈和小车一起沿光滑水平面运动，并以初速度v1=10 m/s进入磁场，线圈平面和磁场方向始终垂直若小车运动的速度v随车的位移x变化的vx图象如图乙所示，则根据以上信息可知a小车的水平长度l = 15 cm b磁场的宽度d = 35cmc小车的位移x=10 cm时线圈中的电流i=7 a d线圈通过磁场的过程中线圈产生的热量q=1.92jcd4如图所示，在水平面内固定着足够长且光滑的平行金属轨道，轨道间距l = 0.40m，轨道左侧连接一定值电阻r = 0.80将一金属直导线ab垂直放置在轨道上形成闭合回路，导线ab的质量m = 0.10kg、电阻r = 0.20，回路中其余电阻不计整个电路处在磁感应强度b = 0.50t的匀强磁场中，b的方向与轨道平面垂直导线ab在水平向右的拉力f作用下，沿力的方向以加速度a = 2.0m/s2由静止开始做匀加速直线运动，求： 5s末的感应电动势大小； 5s末通过r电流的大小和方向； 5s末，作用在ab金属杆上的水平拉力f的大小5如图所示，金属杆mn在竖直平面内贴着光滑平行金属导轨下滑，导轨的间距l = 10cm，导轨上端接有r = 0.5的电阻，导轨与金属杆的电阻不计整个装置处于b = 0.5t的水平匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面当金属杆mn下滑时，每秒钟有0.02j的重力势能减少，求mn杆下滑的速度的大小（不计空气阻力）6两足够长的平行金属导轨间的距离为l，导轨光滑且电阻不计，导轨所在的平面与水平面夹角为在导轨所在平面内，分布磁感应强度为b、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场把一个质量为m的导体棒ab放在金属导轨上，在外力作用下保持静止，导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻为r1完成下列问题： 如图甲，金属导轨的一端接一个内阻为r的直流电源撤去外力后导体棒仍能静止求直流电源电动势； 如图乙，金属导轨的一端接一个阻值为r2的定值电阻，撤去外力让导体棒由静止开始下滑在加速下滑的过程中，当导体棒的速度达到v时，求此时导体棒的加速度；aberb甲abb乙r2 求 问中导体棒所能达到的最大速度7如图甲所示，两根足够长平行金属导轨mn、pq相距为l，导轨平面与水平面夹角为，金属棒ab垂直于mn、pq放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m导轨处于匀强磁场中，磁场的方向垂直于导轨平面斜向上，磁感应强度大小为b金属导轨的上端与开关s、定值电阻r1和电阻箱r2相连不计一切摩擦，不计导轨、金属棒的电阻，重力加速度为g现在闭合开关s，将金属棒由静止释放（取g = 10m/s2，sin37= 0.60，cos37= 0.80） 判断金属棒ab中电流的方向； 若电阻箱r2接入电路的阻值为0，当金属棒下降高度为h时，速度为v，求此过程中定值电阻上产生的焦耳热q；sr2r1pmnqab甲b2.060300r2/乙vm/ms-1 当b = 0.40t，l = 0.50m， = 37时，金属棒能达到的最大速度vm随电阻箱r2阻值的变化关系，如图乙所示求阻值r1和金属棒的质量mdabc8如图所示，两金属杆ab和cd长均为l，电阻均为r，质量分别为m和m用两根质量、电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧，两金属杆都处于水平位置，整个装置处于与回路平面垂直、磁感应强度为b的匀强磁场中，若金属杆ab正好匀速向下运动，求运动的速度9两根金属导轨平行放置在倾角为 = 30的斜面上，导轨左端接有电阻r = 10，导轨自身电阻忽略不计匀强磁场垂直于斜面向上，磁感强度b = 0.5t质量为m = 0.1kg，电阻可不计的金属棒ab静止释放，沿导轨下滑（金属棒ab与导轨间的摩擦不计）如图所示，设导轨足够长，导轨宽度l = 2m，金属棒ab下滑过程中始终与导轨接触良好，当金属棒下滑h = 3m时，速度恰好达到最大值求此过程中金属棒达到的最大速度和电阻中产生的热量10如图所示，电动机牵引一根原来静止的、长为1m、质量为0.1kg的导体棒mn，其电阻r为1，导体棒架在处于磁感应强度b=1t，竖直放置的框架上，当导体棒上升h=3.8m时获得稳定的速度，导体产生的热量为2j，电动机牵引棒时，电压表、电流表计数分别为7v、1a，电动机的内阻r=1，不计框架电阻及一切摩擦；若电动机的输出功率不变，g取10m/s2，求：av mn 导体棒能达到的稳定速度为多少？ 导体棒从静止达到稳定所需的时间为多少？11如图甲所示，两定滑轮可以绕垂直于纸面的光滑水平轴o、o转动，滑轮上绕一细线，线的一端系一质量为m的重物，另一端系一质量为m的金属杆在竖直平面内有两根间距为l的足够长的平行金属导轨pq、mn，在q、n之间连接有阻值为r的电阻，其余电阻不计磁感应强度为b的匀强磁场与导轨平面垂直开始时金属杆置于导轨下端，将重物由静止释放，重物最终能匀速下降，运动过程中金属杆始终与导轨接触良好 求重物匀速下降的速度大小； 对一定的磁感应强度b，取不同的质量m，测出相应的重物做匀速运动时的v值，得到实验图线如图乙所示，图中画出了磁感应强度分别为b1和b2时的两条实验图线根据实验计算比值b1：b2b12如图所示，有一个倾角为的足够长的斜面，沿着斜面有一上下宽度为2b的匀强磁场，磁感应强度为b，方向垂直斜面向外，磁场的边界与底边平行现有一质量为m的“日”字形导线框在斜面上静止开始释放，其中三条平行边和斜面底边及磁场的边界平行（电阻均为r），其余两条平行长边不计电阻，整个框和斜面的动摩檫因素为（ tan），框上两个小正方形的每条边长均为b，当它刚滑进磁场时恰好做匀速直线运动问： 导线框从静止开始到进入磁场时所滑过的距离s； 通过计算说明导线框能否匀速通过整个磁场； 导线框从静止开始到全部离开磁场所产生的焦耳热q13如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨mn、pq相距为l，导轨平面与水平面夹角= 30，导轨电阻不计磁感应强度为b的匀强磁场垂直导轨平面向上，两根长为l的完全相同的金属棒ab、cd垂直于mn、pq放置在导轨上，且与导轨接触良好，每根棒的质量均为m电阻均为r现对ab施加平行导轨向上的恒力f，当ab向上做匀速直线运动时，cd保持静止状态 求力f的大小； ab运动速度v的大小14如图所示，mn、pq为足够长的平行金属导轨，间距l=0.50m，导轨平面与水平面间夹角 = 37，n、q间连接一个电阻r = 5.0，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度b = 1.0t将一根质量m = 0.050kg的金属棒放在导轨的ab位置，金属棒及导轨的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导轨垂直，且与导轨接触良好已知金属棒与导轨间的动摩擦因数 = 0.50，当金属棒滑行至cd处时，其速度大小开始保持不变，位置cd与ab之间的距离s = 2.0m已知g=10m/s2，sin37 = 0.60，cos37 = 0.80求： 金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小； 金属棒达到cd处的速度大小； 金属棒由位置ab运动到cd的过程中，电阻r产生的热量15如图（a）为一研究电磁感应的实验装置示意图，其中电流传感器（相当于一只理想的电流表）能将各时刻的电流数据实时通过数据采集器传输给计算机，经计算机处理后在屏幕上同步显示出图像足够长光滑金属轨道电阻不计，倾角 = 30轨道上端连接有阻值 r = 1.0的定值电阻，金属杆mn电阻r = 0.5，质量m = 0.2kg，杆长在轨道区域加一垂直轨道平面向下的匀强磁场，让金属杆从图示位置由静止开始释放，此后计算机屏幕上显示出如图（b）所示的图像（设杆在整个运动过程中与轨道垂直，）试求： t =0.5s时电阻r的热功率； 匀强磁场的磁感应强度b的大小； 估算01.2s内通过电阻r的电量大小及在r上产生的焦耳热0t/si/a0.51.01.52.00.51.01.52.0电流传感器计算机数据采集器brmmn参考答案：1cd；当线框的ab边进入gh后匀速运动到进入jp为止，ab进入jp后回路感应电动势增大，感应电流增大，因此所受安培力增大，安培力阻碍线框下滑，因此ab进入jp后开始做减速运动，使感应电动势和感应电流均减小，安培力又减小，当安培力减小到与重力沿斜面向下的分力mgsin相等时，以速度v2做匀速运动，因此v2 v1，a错；由于有安培力做功，机械能不守恒，b错；线框克服安培力做功，将机械能转化为电能，克服安培力做了多少功，就有多少机械能转化为电能，由动能定理得w1w2=ek，w2=w1ek，故cd正确2b；线圈中的电流是交变电流，且频率很高，选项b正确a错误；待焊工件焊缝处的接触电阻比非焊接部分电阻大，选项c错误；根据楞次定律，当线圈中的电流增大时，焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向相反；当线圈中的电流减小时，焊接工件中的感应电流方向与线圈中的电流方向相同，选项d错误3c；从x = 5 cm开始，线圈进入磁场，线圈中有感应电流，在安培力作用下小车做减速运动，速度v随位移x减小，当x=15 cm时，线圈完全进入磁场，小车做匀速运动小车的水平长度l = 10 cm.，a项错；当x = 30 cm时，线圈开始离开磁场，则d = 30cm 5cm = 25cm.，b项错；当x = 10 cm时，由图象知，线圈速度v2 =7 m/s，感应电流i = e/r = nbhv2/r=7a，c项正确；线圈左边离开磁场时，小车的速度为v3=2 m/s.，线圈上产生的电热为q =(1/2)(m + m)(v12 v22) = 5.76j，d项错4 由于导体棒ab做匀加速直线运动，设它在第5s末速度为v，所以v = at = 10.0m/s，根据法拉第电磁感应定律 e = blv = 20v 根据闭合电路欧姆定律： i = e/(r + r) = 2.0a，方向 d c 因为金属直导线ab做匀加速直线运动，故 f f安 = ma；f安 = bil = 0.40n；则f = ma + f安 = 0.6n5当杆匀速下滑时，重力的功率等于电路的电功率，设重力的功率为p，则有p = e2/r；由法拉第电磁感应定律得 e = blv；联立解得v = ，代入数据得v = 2m/s，即棒下滑的速度大小为2m/s6 回路中的电流为 i = e/(r1 + r)、导体棒受到的安培力为f安 = bil；对导体棒受力分析知f安 = mgsin联立上面三式解得 e = mg(r1 + r) sin/bl 当ab杆速度为v时，感应电动势e = blv，此时电路中电流i = blv/(r1 + r2)；导体棒ab受到安培力f = bil= b2l2v/(r1 + r2)；根据牛顿运动定律，有 ma = mgsin f = mgsin b2l2v/(r1 + r2) 则a = gsingq b2l2v/m(r1 + r2) 当b2l2v/(r1 + r2) = mgsinq 时，ab杆达到最大速度vm，vm = mg(r1 + r2) sin/b2l2mgbfnfb7 由右手定则，金属棒ab中的电流方向为b到a 由能量守恒，金属棒减小的重力势能等于增加的动能和电路中产生的焦耳热 mgh = mv2/2 + q解得 q = mghmv2/2 设最大速度为v，切割磁感线产生的感应电动势 e = blv，由闭合电路的欧姆定律 i = e/(r1 + r2)；从b端向a端看，金属棒受力如图；金属棒达到最大速度时满足 mgsin bil = 0；由以上三式得v = mgsin(r1 + r2)/b2l2由图像可知：斜率 k = (60 30)/2 m/s =15m/s、纵截距v0 = 30m/s；所以得到 mgsinr1/ b2l2 = v0、mgsin/ b2l2 = k，解得：r1 = 2.0、m = 0.1kg8若ab棒以速度v向下匀速运动，cd棒也将以速度v向上匀速运动，两棒都垂直切割磁场线产生感应电动势在闭合电路中，ab棒受到的磁场力向上，cd棒受到的磁场力向下，悬线对两棒的拉力都向上且为f则对 ab棒：mg = bil + f、对cd棒：mg + bil = f；又i = 2blv/2r = blv/r，解得 mg mg = 2bil = 2b2l2v/r，所以运动的速度为v = (m m)gr/2b2l29当金属棒速度恰好达到最大速度时，金属棒受力平衡，有：mgsin = f安，解得金属棒所受安培力 f安= 0.5n；据法拉第电磁感应定律，感应电动势 e = blv，据闭合电路欧姆定律，感应电流 i = e/r，又f安 = bil；解得最大速度v =5m/s；下滑过程中，由能量守恒定律得：mgh q = mv2/2，解得电阻中产生的热量q = 1.75j10 电动机的输出功率为 p = uvia ia2r = 6w，f安 = bil = b2l2v/r， 当速度稳定时，由平衡条件得p/v = mg + b2l2v/r 解得v = 2m/s 由能量守恒定律得pt q mgh = mv2/2 解得t = 1s11 当重物匀速下降时，设速度为v，则感应电动势e = blv、感应电流 i = e/r、金属杆受到的安培力f安 = bil = b2l2v/r；由平衡条件得mg = mg + b2l2v/r；解得v = (m m)gr/b2l2 由 求得的结果，v m图线的斜率 k = gr/b2l2 得= ；由图乙得k1 = 1.6、k2 = 0.9，所以 b1：b2 = 3：412 mgsin = mgcos + f安、f安=bib、i = e/(r+r/2)、e = bbv 可得：v = 3mgr(sin cos) /2b2b2；根据牛顿第二定律有，加速度a = gsin gcos，又s = v2/2a 可得：s = 9m2gr2(sin cos) /4b4b4 能在穿越过程中，当只有一条边在磁场中运动时有e=bbv，i = e/(r+r/2)、f安=bib 都不变，仍然有mgsin = mgcos + f安 因而能匀速运动；当有二条边在磁场中运动时把它们看成整体，有e = bbv，i=e/( r/2 + r)， f安=bib 都不变，仍然有mgsin = mgcos + f安 因而能匀速运动，综上所述，它能匀速穿越整个磁场 由能量守恒得： mg(4bsin) = q+mg(4b)cos解得 q =