电磁感应习题.doc

1．两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面。质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，导轨电阻不计，回路总电阻为2R。整个装置处于磁感应强度大小为B，方向竖直向上的匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v1沿导轨匀速运动时，cd杆也正好以速度v2向下匀速运动。重力加速度为g。以下说法正确的是
A．ab杆所受拉力F的大小为 B．cd杆所受摩擦力不为零
C．回路中的电流强度为 D．μ与v1大小的关系为
2.如图所示，相距为l的光滑平行金属导轨ab、cd放置在水平桌面上，阻值为R的电阻与导轨的两端a、c相连．滑杆MN质量为m，垂直于导轨并可在导轨上自由滑动，不计导轨、滑杆以及导线的电阻．整个装置放于竖直方向的范围足够大的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B．滑杆的中点系一不可伸长的轻绳，绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后，与另一质量也为m的物块相连，绳处于拉直状态．现将物块由静止释放，当物块达到最大速度时，物块的下落高度，用g表示重力加速度，则在物块由静止开始下落至速度最大的过程中（　　）
A．物块达到的最大速度是 B．通过电阻R的电荷量是
C．电阻R放出的热量为 D．滑杆MN产生的最大感应电动势为
3．如图所示，两根足够长的光滑金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角．完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒的质量均为0.02kg，电阻均为R=0.1Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度为B=0.2T，棒ab在平行于导轨向上的力F作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd恰好能保持静止．取g=10m/s2，问：（1）通过cd棒的电流I是多少，方向如何？（2）棒ab受到的力F多大？
（3）棒cd每产生Q=0.1J的热量，力F做的功W是多少？

4.如图所示，竖直平面内有一宽L=1米、足够长的光滑矩形金属导轨，电阻不计．在导轨的上下边分别接有电阻R1=3 Ω和R2=6 Ω．在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场Ⅰ和Ⅱ，磁感应强度大小均为B=1 T．现有质量m=0.2 kg、电阻r=1 Ω的导体棒ab，在金属导轨上从MN上方某处由静止下落，下落过程中导体棒始终保持水平，与金属导轨接触良好．当导体棒ab下落到快要接近MN时的速度大小为v1=3 m/s．不计空气阻力，g取10 m/s2．(1)求导体棒ab快要接近MN时的加速度大小．(2)若导体棒ab进入磁场Ⅱ后，棒中的电流大小始终保持不变，求磁场Ⅰ和Ⅱ之间的距离h．(3)若将磁场Ⅱ的CD边界略微下移，使导体棒ab刚进入磁场Ⅱ时速度大小变为v2=9 m/s，要使棒在外力F作用下做a=3 m/s2的匀加速直线运动，求所加外力F随时间t变化的关系式．

5.如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5 T，并且以=0.1 T/s在变化，水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽0.5 m的导轨上放一电阻R0=0.1 Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量M=0.2 kg的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4 Ω，图中的l=0.8 m，求至少经过多长时间才能吊起重物.

6.两根相距d=0.20 m的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B=0.20 T，导轨上面横放着两条金属细杆，构成矩形闭合回路.每条金属细杆的电阻为r=0.25 Ω，回路中其余部分的电阻可不计，已知两金属细杆在平行导轨的拉力作用下沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是v=5.0 m/s，如图所示，不计导轨上的摩擦.（1）求作用于每条金属细杆的拉力的大小.（2）求两金属细杆在间距增加0.40 m的滑动过程中共产生的热量.

7.如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略.初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度v0.在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触.(1)求初始时刻导体棒受到的安培力.(2)若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为Ep，则这一过程中安培力所做的功W1和电阻R上产生的焦耳热Q1分别为多少？(3)导体棒往复运动，最终将静止于何处？从导体棒开始运动直到最终静止的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q为多少？

8．相距L=1.5m的足够长金属导轨竖直放置，质量为m=1kg的金属棒ab通过棒两端的金属套环水平地套在金属导轨上，金属棒cd水平固定在导轨上，如图　（a）所示，虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，两处磁场磁感应强度大小相同．ab棒光滑，ab棒的电阻为R1=1Ω，cd棒的电阻为R2=0.8Ω，导轨及金属套环的接触电阻均忽略不计．ab棒在方向竖直向上、大小按图（b）所示规律变化的外力F作用下，从静止开始沿导轨匀加速运动（ab棒始终保持水平方向）．（g=10m/s2　）（1）指出在运动过程中ab棒中的电流方向和cd棒受到的安培力方向；（2）求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度大小；（3）已知在0～2s内外力F做功25J，求这一过程中，ab棒产生的焦耳热．

9．如图所示，竖直平面内有一半径为r、内阻为R1、粗细均匀的光滑半圆形金属环球，在M、N处与相距为2r、电阻不计的平行光滑金属轨道ME、NF相接，EF之间接有电阻R2，已知R1=12R，R2=4R．在MN上方及CD下方有水平方向的匀强磁场I和II，磁感应强度大小均为B．现有质量为m、电阻不计的导体棒ab，从半圆环的最高点A处由静止下落，在下落过程中导体棒始终保持水平，与半圆形金属环及轨道接触良好，且平行轨道足够长．已知导体棒ab下落r/2时的速度大小为v1，下落到MN处的速度大小为v2．（1）求导体棒ab下落到r/2时的加速度大小．若导体棒ab进入磁场Ⅱ后棒中电流大小始终不变，求磁场I和Ⅱ之间的距离h和R2上的电功率P2．（3）若将磁场II的CD边界略微下移，导体棒ab刚进入磁场II时速度大小为v3，要使其在外力F作用下做匀加速直线运动，加速度大小为a，求所加外力F随时间变化的关系式．

10.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α=30°，导轨上端跨接一定值电阻R，导轨电阻不计．整个装置处于方向竖直向上的匀强磁场中，长为L的金属棒cd垂直于MN、PQ放置在导轨上，且与导轨保持电接触良好，金属棒的质量为m、电阻为r，重力加速度为g，现将金属棒由静止释放，当金属棒沿导轨下滑距离为s时，速度达到最大值vm．求：（1）金属棒开始运动时的加速度大小；（2）匀强磁场的磁感应强度大小；
（3）金属棒沿导轨下滑距离为s的过程中，电阻R上产生的电热．

11.如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨被固定在水平面上，两者间的距离l=0.6m，两者的电阻均不计．两导轨的左端用导线连接电阻R1及与R1并联的电压表，右端用导线连接电阻R2，已知R1=2Ω，R2=1Ω．在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁场区域远离R1、R2，CE的长度d=0.2m，CDEF区域内磁场的磁感应强度随时间的变化如B～t图所示．电阻r=2Ω的金属棒L垂直于导轨放置在离R1较近的AB处，t=0时金属棒在沿导轨水平向右的恒力F作用下由静止开始运动，当金属棒运动到尚离磁场边界CD较远的某一位置时，电压表示数变为零；当金属棒刚进入磁场区域，电压表的示数又变为原来的值，直到金属棒运动到EF处电压表的示数始终保持不变．求：（1）t=0.1s时电压表的示数．（2）恒力F的大小．（3）金属棒从AB运动到EF的过程中整个电路产生的热量．

12.如图所示（俯视），MN和PQ是两根固定在同一水平面上的足够长且电阻不计的平行金属导轨，两导轨间距L=0.2m，其间有一个方向垂直水平面竖直向下的匀强磁场B1=5.0T．导轨上NQ之间接一电阻R1=0.40Ω，阻值为R2=0.10Ω的金属杆垂直导轨放置并与导轨始终保持良好接触．两导轨右端通过金属导线分别与电容器C的两极相连．电容器C紧挨带有小孔的固定绝缘弹性圆筒，圆筒壁光滑，筒内有垂直水平面竖直向下的匀强磁场B2，O是圆筒的圆心，圆筒的内半径r=0.40m．（1）用一个方向平行于MN水平向左且功率P=80W的外力F拉金属杆，使杆从静止开始向左运动．已知杆受到的摩擦阻力大小恒为f=6N，求求当金属杆最终匀速运动时的速度大小；
（2）计算金属杆匀速运动时电容器两极板间的电势差；（3）当金属杆处于（1）问中的匀速运动状态时，电容器C内紧靠极板D处的一个带正电的粒子加速后从a孔垂直磁场B2并正对着圆心O进入圆筒中，该带电粒子与圆筒壁碰撞两次后恰好又从小孔a射出圆筒．已知该带电粒子每次与筒壁发生碰撞时电量和能量都不损失，不计粒子的初速度、重力和空气阻力，粒子的荷质比q/m=5×107 C/kg，求磁感应强度B2的大小．

13.面a1b1b2a2区域内和倾角θ＝37°的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1＝0.4 T、方向竖直向上和B2＝1 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场．电阻R＝0.3 Ω、质量m1＝0.1 kg、长为l 的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好．一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m2＝0.05 kg的小环．已知小环以a＝6 m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动．不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长．取g＝10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：
(1)小环所受摩擦力的大小；
(2)Q杆所受拉力的瞬时功率．

14. 在水平桌面上，一个面积为S的圆形金属框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图（甲）所示，0—1 s内磁场方向垂直线框平面向下．圆形金属框与两根水平的平行金属导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的长为L、电阻为R，且与导轨接触良好，导体棒处于另一匀强磁场中，如图（乙）所示．若导体棒始终保持静止，则其所受的静摩擦力f随时间变化的图象是图中的（设向右的方向为静摩擦力的正方向）（ ）

24．图中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为l，磁场方向垂直纸面向里．abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离也为l.t＝0时刻，bc边与磁场区域边界重合．现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流i随时间t变化的图线可能是( )

25．如图甲所示，正三角形导线框abc放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里．下
图中能表示线框的ab边受到的磁场力F随时间t的变化关系的是(规定水平向左为力的正方向) ( )

l
l
l
l
2l
2l
a
b
c
d
e
f
P
Q
R

26．如图所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面。一导线框abcdef位于纸面内，况的邻边都相互垂直，bc边与磁场的边界P重合。导线框与磁场区域的尺寸如图所示。从t=0时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域。以a→b→c→d→e→f为线框中的电动势ε的正方向，以下四个ε-t关系示意图中正确的是（ ）

27．如图所示，LOO’L’为一折线，它所形成的两个角∠LOO’和∠OO’L‘均为450。折线的右边有一匀强磁场，其方向垂直OO’的方向以速度v做匀速直线运动，在t=0时刻恰好位于图中所示的位置。以逆时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流—时间（I—t）关系的是（时间以l/v为单位）（ ）

28． 如图所示，EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界，其中EO∥E′O′，FO∥F′O′，且EO⊥OF；OO′为∠EOF的角平分线，OO′间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里．一边长为l的正方形导线框沿O′O方向匀速通过磁场，t＝0时刻恰好位于图示位置．规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是(　　)
A

B

D
C

30．如图所示，边长为a的正方形区域内分布有垂直于纸面向里的匀强磁场，正方形的一条边刚好与x轴重合．纸面内一直角边长为a的等腰直角三角形导线框以恒定速度沿x轴正方向穿过磁场区域，在t=0时刻恰好位于图示的位置．以逆时针方向为导线框中电流的正方向，下列四幅图能够正确表示导线框中电流-位移关系（i-x）的是（　　）
A． B． C． D．
31．如图所示，等腰梯形内分布着垂直纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为3L，高为L，底角为45°．有一边长也为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过磁场区域，在t=0时刻恰好位于如图所示的位置．若以顺时针方向为导线框中电流正方向，在下面四幅图中能正确表示导线框中电流和位移关系的是（ 　）
A． B． C． D．
32．如图所示，等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，它的底边在x轴上且长为2L，高为L．纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域，在t=0时刻恰好位于图中所示的位置．以顺时针方向为导线框中电流的正方向，在下面四幅图中能够正确表示电流-位移（I-x）关系的是（ 　）

A． B． C． D．

35．如图所示，空间存在两个磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反且垂直纸面，MN、PQ为其边界　00′为其对称轴．一导线折成边长为L的正方形闭合线框abcd，线框在外力作用下由纸面内图示位置从静止开始向右做匀加速运动，若以逆时针方向为电流的正方向，则从线框开始运动到曲边刚进入到PQ右侧磁场的过程中，能反映线框中感应电流随时间变化规律的图象是（ 　）

A． B． C． D．
36．如图所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面，一正方形导线框abcd位于纸面内，ab边与磁场的边界P重合．导线框与磁场区域的尺寸如图所示．从t=0时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域，以a→b→c→d为线框中的电流i的正方向，向左为导线框所受安培力的正方向，以下i-t和F-t关系示意图中正确的是（　　）

A． B． C． D．

答案
1．AD
2．B
3. B
4. A
5．答案：(1)BL　(2)BL　(3)
解析：(1)cd边刚进入磁场时，线框速度v＝，
线框中产生的感应电动势E＝BLv＝BL。
(2)此时线框中的电流I＝，
cd两点间的电势差U＝I＝E＝BL。
(3)安培力F＝BIL＝，
根据牛顿第二定律mg－F＝ma，因a＝0
解得线框下落高度h＝。

6．答案：v=4．5m/s R2=6．0Ω
7．【答案】BD
8.（1）1A，从d到c；（2）0.2N；（3）0.4J

9.解析:(1)由法拉第电磁感应定律得:
E=n错误！未找到引用源。=nS错误！未找到引用源。
=10×错误！未找到引用源。×(错误！未找到引用源。)2×0.5 V=0.4 V.
(2)线圈中的电流为I=错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。 A=0.4 A
线圈的电功率为P=I2r=0.16 W.
(3)分析线圈受力可知,当细线松弛时有:
F安=nBt0I错误！未找到引用源。=mg,I=错误！未找到引用源。,Bt0=错误！未找到引用源。=2 T
由题中图象(乙)知:Bt0=1+0.5t0,解得:t0=2 s
答案:(1)0.4 V　(2) 0.16 W　(3)2 s
10.【解析】(1)以导体棒为研究对象，棒在磁场Ⅰ中切割磁感线，棒中产生感应电动势E，棒在重力和安培力作用下做加速运动．由牛顿第二定律得：mg－BIL＝ma1 E=BLv1=3 V
由以上各式可得：a1＝5 m/s2
(2)导体棒进入磁场Ⅱ后，安培力等于重力，棒做匀速运动，棒中电流大小就始终保持不变．
mg=BI′L E′=BLv′ 联立解得：v′＝6 m/s
导体棒从MN到CD做加速度为g的匀加速直线运动．v′2-v12=2gh 解得：h＝1.35 m
(3)设导体棒进入磁场Ⅱ后经过时间t的速度大小为vt，则：vt=v2+at F+mg-F安=ma 由以上各式解得：F=(t+1.6)N 答案:(1)5 m/s2 (2)1.35 m (3) F=(t+1.6)N

11.由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势：
E= ①
由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流
I＝ ②
由于安培力方向向左，应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向（由上往下看）.再根据楞次定律可知磁场增加，在t时磁感应强度为：
B′＝（B＋·t） ③
此时安培力为
F安=B′Ilab ④
由受力分析可知
F安=mg ⑤
由①②③④⑤式并代入数据：t=495 s
10.由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势：
E= ①
由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流
I＝ ②
由于安培力方向向左，应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向（由上往下看）.再根据楞次定律可知磁场增加，在t时磁感应强度为：
B′＝（B＋·t） ③
此时安培力为
F安=B′Ilab ④
由受力分析可知
F安=mg ⑤
由①②③④⑤式并代入数据：t=495 s
12. 【解析】 (1)设小环受到力的摩擦力大小为f，由牛顿第二定律，有
m2g－f＝m2a①
代入数据，得
f＝0.2 N②
(2)设通地K杆的电流为I1，K杆受力平衡，有
f＝B1I1l③
设回路总电流为I，总电阻为R总，有
I＝2I1④
R总＝R⑤
设Q杆下滑速度大小为v，产生的感应电动势为E，有
I＝⑥
E＝B2lv⑦
F＋m1gsinθ＝B2Il⑧
拉力的瞬时功率为
P＝Fv⑨
联立以上方程，代入数据得
P＝2 W⑩
13.【解析】（1）根据法拉第电磁感应定律，0~4.0s时间内线圈中磁通量均匀变化，产生恒定的感应电流。t1=2.0s时的感应电动势

根据闭合电路欧姆定律，闭合回路中的感应电流

解得 I1= 0.2A
（2）由图象可知，在4.0s~6.0s时间内，线圈中产生的感应电动势

根据闭合电路欧姆定律，t2=5.0s时闭合回路中的感应电流
=0.8A
电阻消耗的电功率 P2=I22R=2.56W
（3）根据焦耳定律，0~4.0s内闭合电路中产生的热量
Q1=I12(r＋R)Δt1=0.8 J
4.0~6.0s内闭合电路中产生的热量
Q2=I22(r＋R)Δt2=6.4 J
0~6.0s内闭合电路中产生的热量
Q = Q1＋Q2 =7.2J
14.AD
15.（1）3.2×10-2 N （2）1.28×10-2 J

16.（1）如图12′—3当EF从距BD端s处由静止开始滑至BD的过程中，受力情况如图图所示.安培力：F安=BIl=B

图12′—3
根据牛顿第二定律：a= ①
所以，EF由静止开始做加速度减小的变加速运动.当a=0时速度达到最大值vm.
由①式中a=0有：Mgsinθ-B2l2vm/R=0 ②
vm=
（2）由恒力F推至距BD端s处，棒先减速至零，然后从静止下滑，在滑回BD之前已达最大速度vm开始匀速.
设EF棒由BD从静止出发到再返回BD过程中，转化成的内能为ΔE.根据能的转化与守恒定律：
Fs-ΔE=Mvm2 ③
ΔE=Fs-M（）2 ④

17.【解析】导体棒以初速度v0做切割磁感线运动而产生感应电动势，回路中的感应电流使导体棒受到安培力的作用,安培力做功使系统机械能减少，最终将全部机械能转化为电阻R上产生的焦耳热.由平衡条件知，棒最终静止时，弹簧的弹力为零，即此时弹簧处于初始的原长状态.
(1)初始时刻棒中感应电动势E=BLv0 棒中感应电流 作用于棒上的安培力F=BIL
得 安培力方向：水平向左
(2)由功和能的关系，安培力做功为 电阻R上产生的焦耳热
(3)由能量转化及平衡条件等，可判断：棒最终静止于初始位置.
答案:(1) 水平向左 (2) (3)静止于初始位置
18. 答案：AC
19.Q=Bl2（+2Cω）
20.B
21.B
22.D
23.A
24.B
25.A
26.C]
27.D
28.

29.A 30.D 31.A 32.A 33.D 34.D 35.B 36.AC

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