电磁感应综合-导轨模型计算题(精选26题 含答案详解)

1、电磁感应综合-导轨模型计算问题1.(9点)如图所示，水平放置两条平行的光滑金属导轨ab和cd，间距l=1m，无电阻，一端连接电阻r=2。质量m=1kg的导体棒ef在外力作用下沿导轨以v=5m/s的恒速向右移动。整个装置处于垂直均匀磁场中，磁感应强度b=0.2t.请：vefbacdr(1)感应电动势；(2)回路中的感应电流；(3)导体棒上的安培力。答案 (1) (2) (3)分析试题分析：(1)导体棒向右移动，切断磁感应线，产生感应电动势用数据代替求解：(2)感应电流用数据代替求解：(3)导体棒上的安培力用数据代替求解：测试地点：本主题研究电磁感应定律、欧姆定律和安培力。2.如图所示，两条足够长

2、的无阻力平行金属导轨间隔1米，导轨平面与水平面成=37角，下端连接电阻r。均匀磁场的方向垂直于导轨平面，两条导轨上放置一根质量为0.2公斤无阻力的金属棒，金属棒垂直于导轨并保持良好接触，两者之间的动摩擦系数为0.25。(1)当金属杆从静止状态沿导轨向下滑动时，找出加速度。(2)当金属棒的滑动速度稳定时，电阻r消耗的功率为8 w，并计算速度。(3)在上述问题中，如果r=2 ，金属棒中的电流方向为从a到b，并计算磁感应强度的大小和方向。(g取10 m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8)答案(1)4米/s2(2)10米/秒(3)0.4吨分析试题分析：(1)金属杆开始下滑的初始速度为零，根

3、据牛顿第二定律：mgsin-mgcos=ma 根据等式(1)，a=10 (0.6-0.250.8)米/s2=4米/s2；(2)当金属棒稳定移动时，速度为v，安培力为f，杆沿导轨方向的力平衡：mgsin-mgcos0-f=0 此时，金属棒克服安培力的功率等于电路中电阻r消耗的电功率：fv=p 4它可以用公式和来求解：(3)让电路中的电流为1，两条导轨之间的金属杆的长度为1，磁场的磁感应强度为2，感应电流：电功率：p=i2r 和: 可以解决磁场方向垂直于导轨平面并向上；测试地点：牛顿第二定律；电力；法拉第电磁感应定律。3.(13点)如图所示，在磁感应强度为b的垂直向下均匀磁场中，两条足够长的平行光

4、滑金属轨道mn和pq固定在水平面上，距离为l.质量为m的导体棒ab放置在垂直于mn和pq的轨道上，并与轨道有良好的接触。不计算轨道和导体棒的电阻。(1)如图1所示，如果轨道的左端mp与电阻值为r的电阻间接连接，导体棒在张力f的作用下沿轨道匀速运动.请通过公式推导证明拉力f所做的功等于电路在任何时间段 t所获得的电能。(2)如图2所示，如果轨道的左端连接有具有e电动势和r内阻的电源和具有未知电阻的电阻器。闭合开关s，导体棒开始从静止状态移动。一段时间后，导体棒达到最大速度vm，并计算此时电源的输出功率。(3)如图3所示，如果在轨道的左端连接一个电容器，电容器的电容为c，导体棒在水平张力的作用下从

5、静止位置向右移动。图4示出了电容器的两个极板之间的电势差随时间变化的图像，并且已知在t1时电容器的两个极板之间的电势差是u1。找出导体棒运动过程中水平张力的大小。答案 (1)见分析(2)(3)分析试题分析：(1)用导体棒切割磁感应线导体棒以均匀的速度移动又在任何时间段 t内，wo导体棒的速度与时间的关系如下可以知道，当导体棒以均匀的加速度直线运动时，导体棒的加速度到，然后根据牛顿第二定律可用：测试地点：法拉第电磁感应定律4.如图a所示，光滑且足够长的平行金属导轨mn和pq固定在同一水平面上，两条导轨之间的距离为l=0.30m米.导轨的电阻可以忽略不计，其间接固定电阻r=0.40。质量m=0.1

6、0kg千克、电阻r=0.20的金属杆ab停放在导轨上。整个装置处于均匀磁场中，磁感应强度b=0.50t吨，磁场方向垂直向下。金属杆ab被外力f水平拉动，使其从静止状态开始匀速直线运动。电压传感器可以实时采集r两端的电压u并输入计算机，得到u与时间t的关系，如图b所示.请：(1)金属杆的加速度；(2)第二秒结束时外力的瞬时功率。回答分析试题分析：(1)如果金属杆的移动速度为v，感应电动势e=blv (1分)流经电阻r的电流(1分钟)电阻r两端的电压(2点)根据图b，u=kt，k=0.10v伏/秒(2点)解决方案(1分)金属杆产生均匀的加速度，有加速度(2分)(2)2s末，n (2分)假设外力为f

7、2，解为：f2=0.175n牛顿(2点)2s结束时，杆的速度为m/s (1分钟)因此，f的瞬时功率为p=f2v2=0.35w瓦(2分钟)测试地点：本主题研究电磁感应5.(12点)如图所示，金属杆ab可以在水平面内无摩擦地在平行的金属导轨上滑动，电阻r0=0.5，长度l=0.3 m。导轨的一端串联电阻r=1，均匀磁场的磁感应强度b=2 t，垂直于导轨平面。在水平外力f的作用下，当ab以v=5 m/s的恒定速度向右移动时，我们可以发现：(1)ab棒产生的感应电动势e和ab之间的电压u；(2)沿导轨平面施加的水平外力f的大小；(3)电阻器r在2秒钟内产生的热量q。答案 (1)3v，2v；(2)1.2

8、n；(3)8j分析测试分析：(1)从e=blv得到e=3v(3分)u=2v (2分)(2)来自欧姆定律的闭合回路=2a (2分)水平外力等于安培力f=bil=1.2n (2分钟)(3)根据焦耳定律，q=i2rt=8j (3点)测试地点：法拉第电磁感应定律、欧姆定律、焦耳定律6.如图所示，两条平行、平滑且足够长的金属轨迹被放置在与水平面成=300角的平面上，并且电阻可以忽略不计。空间中有一个均匀的磁场，磁感应强度为b=0。20 t，方向垂直于轨道平面。导体棒ab和cd垂直于轨道放置，并与金属轨道良好接触，形成闭环。每个导体棒的质量是m=2。010。回路中每个导体条的电阻为r=5。010-2，金属

9、轨道宽度l=0。现在，导体棒ab被拉起平行于轨道，使其以均匀的速度向上移动。在导体棒ab均匀向上运动的过程中，导体棒cd可以总是停留在轨道上。g为10 m/s2，用于计算：(1)导体棒cd上的安培力；(2)导体棒ab的速度；(3)导体棒上做功的拉力。答案(1)0.10n；(2)1.0m/s (3)0.20 w分析试题分析：(1)导体棒cd静止时应力平衡。如果安培力是安培，那么安培=毫克辛=0.10牛顿(2)让导体棒的速度为v，产生的感应电动势为e，通过导体棒的感应电流为i，那么e=blv，f an=bil我能理解。(3)让导体棒ab上的张力为f，导体棒ab上的力是平衡的，那么f=f a，=0.

10、20牛顿拉伸功率p=fv=0.20w瓦.测试地点：法拉第电磁感应定律；安培力；物体的平衡；力量。7.如图所示，两个足够长、距离为l=10厘米的光滑金属导轨垂直放置，导轨的上端与一个电阻为r1=1、质量为m=0.01kg千克、电阻为r2=0.2的金属杆ab连接，并与导轨垂直且接触良好，导轨的电阻被忽略。整个装置处于垂直于导轨平面的均匀磁场中，磁感应强度b=1t。杆ab从静止状态释放，并在一段时间后达到最大速度。g为10m/s2，此时：(1)杆的最大速度；ab之间的电压；电阻r1消耗的电能。答案 (1)v=12m/s (2)uab=ir1=iv(3)1w分析试题分析：(1)在重力作用下，金属杆作加

11、速度运动，加速度逐渐减小。当加速度为零时，速度达到最大值，然后匀速直线运动。当金属杆以恒定速度运动时，最大速度设定为v，当它达到最大速度时，它有mg=f神经网络，即mg=bil同样：e=blv求解以上三个公式：v=12m/se=blv=1.2vuab=ir1=1v(3)p1=i2r1=1w测试地点：检查导轨的电磁感应8.如图所示，两条光滑的金属导轨mn和pq之间的距离为l=0.5m，电阻不计算在内。两条导轨及其平面与水平面成30角。两根相同的金属杆ab和cd分别垂直放置在导轨上，每根金属杆的两端始终与导轨保持良好接触。已知两根杆的质量为0.02kg，电阻r=0.1。整个装置处于垂直于导轨平面的

12、均匀磁场中，磁感应强度b=0.2t。在平行于导轨的向上力f的作用下，杆ab沿导轨匀速向上运动，而杆cd保持静止。g=10m/s 2。问：(1)通过光盘杆的电流是多少？它的方向是什么？(2)杆ab上的力f是多少？(3)当通过电路的电流产生的焦耳热为0.2j时，力f的功是多少？答案 (1)1a，从d到c (2) 0.2n (3) 0.4j分析试题分析：(1)棒上的安培力(1)杆cd在平行力的作用下平衡，然后将公式 代入数据，我们可以发现方向是从右旋到右旋。(2)作用在棒ab和棒cd上的安培力大小相等是的，棍子是由公共点力来平衡的用数据来解决(3)棒cd在时间t内产生热量，这可以从焦耳定律得知如果a

13、b棒匀速运动的速度为，就会产生感应电动势根据闭合电路的欧姆定律在时间t内，杆ab沿着导轨的位移用f力完成的功综合以上公式，并用数据代替来求解测试地点：检查导体切割的磁感应线的运动9.如图所示，光滑金属导轨处于均匀磁场中，磁感应强度b=0.2t.平行导轨的宽度d=0.3m，固定值电阻r=0.5。在外力f的作用下，导体棒ab以v=20m/s的恒定速度向左移动.导体棒和导轨的电阻不计算在内。请：(1)通过r的感应电流；(2)外力f的大小。答案(1)2.4a(2)0.144牛分析试题分析：(1)用导体棒切割磁感应线产生的电动势为：根据欧姆定律，电流为：(2)因为导体棒以恒定速度直线移动，所以存在：测试

14、地点：检查导体切割的磁感应线的运动10.如图所示，mn和pq是两个在垂直方向上平行的长直金属导轨，间距l为1m，阻力不计算在内。导轨所在的平面垂直于磁感应强度为1t的均匀磁场。质量m=0.2kg、电阻r=1的金属杆ab始终垂直于导轨并与之保持平滑接触，导轨上端有一个电阻r=3的灯泡。金属棒从静止的地方落下，当下落高度为h=4m时，灯泡保持正常发光。重力加速度为g=10m/s2。请：(1)灯泡的额定功率；(2)当金属棒从静止位置落下4米时，通过灯泡的电荷量；(3)金属棒下落4m时灯泡消耗的电能金属棒的恒速速度为v=8 m/s (1分钟)节能包括：mgh=mv2 w电能(1分钟)得到回路中消耗的总

15、电能w=1.6 j (1点)灯泡消耗的电能wr=w电能=1.2焦耳(1分钟)试验地点：检查导体切割磁感应线的运动和电功率11.两条光滑平行的金属导轨固定在水平面上，导轨的一端连接有电阻，在该区域内均匀的磁场垂直于导轨平面，如图所示。在导轨上，一根带质量的直金属杆垂直穿过导轨放置。金属杆的阻力是：金属杆与导轨接触良好，导轨足够长，阻力不计算在内。以该位置为计时起点，开始时，金属杆在垂直杆的水平力作用下匀速向右移动，电阻r上的电功率为。(1)计算金属棒恒速速度；(2)如果在时间r处的功率为零，则计算金属杆在时间r处的加速度和整个电路在-之间的焦耳热。答案(1)0.6m/s；(2)1.25米/秒2，向左0.27焦耳分析试题分析：(1)回路中的感应电流可以根据公式得到，因为金属杆以恒定的速度移动，所以拉力的功率等于电流的电功率，即-2分钟数据替换：1分(2)当电阻器r上的电功率为0.5w时，假设电流为，