《高考物理与法拉第电磁感应定律有关的压轴题及详细答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理与法拉第电磁感应定律有关的压轴题及详细答案（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、法拉第电磁感应定律 1如图，匝数为N、电阻为r、面积为S的圆形线圈P放置于匀强磁场中，磁场方向与线 圈平面垂直，线圈P通过导线与阻值为R 的电阻和两平行金属板相连，两金属板之间的距 离为 d，两板间有垂直纸面的恒定匀强磁场。当线圈P 所在位置的磁场均匀变化时，一质 量为 m、带电量为q 的油滴在两金属板之间的竖直平面内做圆周运动。重力加速度为g， 求： (1)匀强电场的电场强度 (2)流过电阻 R 的电流 (3)线圈 P所在磁场磁感应强度的变化率 【答案】 (1) mg q (2) mgd qR (3) ()Bmgd Rr tNQRS 【解析】 【详解】 (1)由题意得： qE=mg 解得
2、 mg q E (2)由电场强度与电势差的关系得： U E d 由欧姆定律得： U I R 解得 mgd I qR (3)根据法拉第电磁感应定律得到： EN t B S tt 根据闭合回路的欧姆定律得到： ()EI Rr 解得： ()Bmgd Rr tNqRS 2两间距为L=1m 的平行直导轨与水平面间的夹角为=37 ,导轨处在垂直导轨平面向下、 磁感应强度大小B=2T的匀强磁场中.金属棒 P垂直地放在导轨上，且通过质量不计的绝缘 细绳跨过如图所示的定滑轮悬吊一重物（重物的质量m0未知），将重物由静止释放，经 过一 段时间，将另一根完全相同的金属棒Q 垂直放在导轨上，重物立即向下做匀速直线运
3、动，金 属棒 Q 恰好处于静止状态.己知两金属棒的质量均为m=lkg、电阻均为R=l ，假设重 物始终没有落在水平面上，且金属棒与导轨接触良好，一切摩擦均可忽略，重力加速度 g=l0m/s 2， sin 37 =0.6，cos37 =0.8.求： （1）金属棒Q 放上后，金属棒户的速度v 的大小； （2）金属棒Q 放上导轨之前，重物下降的加速度a 的大小（结果保留两位有效数字）； （3）若平行直导轨足够长，金属棒Q 放上后，重物每下降h=lm 时， Q 棒产生的焦耳热. 【答案】（ 1） 3m/sv （2） 2 2.7m/sa（3）3J 【解析】 【详解】 (1)金属棒 Q 恰好处于静止时 s
4、inmgBIL 由电路分析可知EBLv , 2 E I R , 代入数据得，3m/sv （2）P棒做匀速直线运动时， 0 sinm gBILmg， 金属棒 Q 放上导轨之前，由牛顿第二定律可得 00 sin()m gmgmma 代入数据得， 2 2.7m/sa （3）根据能量守恒可得， 0 sinm ghmghQ总 由于两个金属棒电阻串联，均为R，可知 Q 棒产生的焦耳热为3J 2 Q Q 总 3如图，水平面（纸面）内同距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的 金属杆置于导轨上，t0 时，金属杆在水平向右、大小为F 的恒定拉力作用下由静止开始 运动 0 t 时刻，金属杆进入磁感应强
5、度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域， 且在磁场中恰好能保持匀速运动杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触 良好，两者之间的动摩擦因数为重力加速度大小为g求 （1）金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小； （2）电阻的阻值 【答案】 0 F EBltg m ； R= 2 2 0 B l t m 【解析】 【分析】 【详解】 （1）设金属杆进入磁场前的加速度大小为a，由牛顿第二定律得：ma=F-mg 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v，由运动学公式有：v=at0 当金属杆以速度v 在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律，杆中的电动势为: E=Blv 联立式可得: 0 F EBlt
6、g m （2）设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆的电流为I，根据欧姆定律：I= E R 式中 R 为电阻的阻值金属杆所受的安培力为： fBIl 因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得：Fmg f=0 联立式得: R= 2 2 0 B l t m 4如图所示，两根间距为L的平行金属导轨，其cd 右侧水平，左侧为竖直的 1 4 画弧，圆 弧半径为 r，导轨的电阻与摩擦不计，在导轨的顶端接有阻值为R1的电阻，整个装置处在 竖直向上的匀强磁场中。现有一根阻值为R2、质量为 m 的金属杆，在水平拉力作用下，从 图中位置ef 由静止开始做加速度为a 的匀加速直线运动，金属杆始终保持与导轨垂直且接 触良好
7、。开始运动后，经时间t1，金属杆运动到 cd 时撤去拉力，此时理想电压表的示数为 U，此后全属杆恰好能到达圆弧最高处ab。重力加速度为g。求： （1）金属杆从ef 运动到 cd 的过程中，拉力 F 随时间 t 变化的表达式； （2）金属杆从ef 运动到 cd 的过程中，电阻R1上通过的电荷量； （3）金属杆从cd 运动到 ab 的过程中，电阻 R1上产生的焦耳热。 【答案】 (1) 2 12 22 11 ()URR t Fma R at ；(2) 1 1 2 Ut q R ；(3) 221 1 12 1 () 2 R Qma hmgr RR 【解析】 【分析】 利用法拉第电磁感应定律和电流公式
8、联合求解。 根据能量守恒定律求出回路产生的总焦耳热，再求出R1上产生的焦耳热。 【详解】 (1) 金属杆运动到cd 时，由欧姆定律可得 1 1 U I R 由闭合电路的欧姆定律可得E1I1(R1R2) 金属杆的速度v1 at 1 由法拉第电磁感应定律可得E1BLv1 解得： 12 11 ()U RR B R Lat ； 由开始运动经过时间t，则v=at 感应电流 12 BLv I RR 金属杆受到的安培力F安 =BIL 由牛顿运动定律F F安ma 可得 2 12 22 11 ()URR t Fma R at ； (2) 金属杆从 ef运动到 cd过程中，位移 2 1 1 2 xat 电阻 R1
9、上通过的电荷量： qIt 12 E I RR E t B S SxL 联立解得： 1 1 2 Ut q R ； (3) 金属杆从cd 运动到 ab 的过程中，由能量守恒定律可得 21 2 Qmvmgr 因此电阻 R1上产生的焦耳热为 1 1 12 R QQ RR 可得 22 1 1 12 1 () 2 R Qma hmgr RR 。 【点睛】 此题为一道综合题，牵涉知识点较多，明确求电动势、安培力、焦耳热的方法是解题的关 键，灵活利用法拉第电磁感应定律和能量守恒的结论是解题的捷径。 5如图所示，足够长的固定平行粗糙金属双轨MN、PQ 相距 d0.5m，导轨平面与水平面 夹角 30 ，处于方向垂
10、直导轨平面向上、磁感应强度大小B0.5T 的匀强磁场中。长也 为 d 的金属棒ab 垂直于导轨MN、PQ 放置，且始终与导轨接触良好，棒的质量m 0.1kg，电阻R0.1 ，与导轨之间的动摩擦因数 3 6 ，导轨上端连接电路如图所示。 已知电阻R1与灯泡电阻 R2的阻值均为0.2 ，导轨电阻不计，取重力加速度大小g 10 m/s 2。 (1)求棒由静止刚释放瞬间下滑的加速度大小a； (2)假若棒由静止释放并向下加速运动一段距离后，灯L的发光亮度稳定，求此时灯L的实 际功率 P和棒的速率v。 【答案】 (1) a2.5 m/s 2 (2) v0.8m/s 【解析】 (1)棒由静止刚释放的瞬间速度
11、为零，不受安培力作用 根据牛顿第二定律有mgsin mg cos ma 代入数据得a2.5m/s 2 (2)由“ 灯 L的发光亮度稳定” 知棒做匀速运动，受力平衡 有 mgsin mg cos BId 代入数据得棒中的电流I 1A 由于 R1R2，所以此时通过小灯泡的电流 2 1 0.5A 2 II 2 22 0.05WPI R 此时感应电动势 12 12 R R EBdvIR RR 得 v0.8 m/s 【点睛】本题考查导体棒切割磁感线的过程中的最大值问题，综合了共点力的平衡、牛顿 第二定律的应用、闭合电路的电路知识、电磁感应知识等知识点的内容，要注意正确理清 题目设置的情景，注意电磁感应的
12、过程中的能量转化的关系与转化的方向。 6如图所示，无限长金属导轨EF 、PQ 固定在倾角为 53 的光滑绝缘斜面上，轨道间距 L1 m，底部接入一阻值为R0.4 的定值电阻，上端开口垂直斜面向上的匀强磁场的 磁感应强度B2 T一质量为m 0.5 kg 的金属棒ab 与导轨接触良好，ab 与导轨间的动 摩擦因数 0.2， ab 连入导轨间的电阻r0.1 ，电路中其余电阻不计现用一质量为M 2.86 kg 的物体通过一不可伸长的轻质细绳绕过光滑的定滑轮与ab 相连由静止释放 M，当 M 下落高度h2.0 m 时， ab 开始匀速运动 (运动中 ab 始终垂直导轨，并接触良 好)不计空气阻力，sin
13、 53 0.8，cos 53 0.6，取 g10 m/s 2求： (1)ab 棒沿斜面向上运动的最大速度vm； (2)ab 棒从开始运动到匀速运动的这段时间内电阻R上产生的焦耳热 QR和流过电阻R 的总 电荷量 q 【答案】（ 1）3m/s （2）26.3J，8C 【解析】 【分析】 【详解】 （1）由题意知，由静止释放M 后， ab 棒在绳拉力T、重力 mg、安培力F和轨道支持力N 及摩擦力 f 共同作用下做沿轨道向上做加速度逐渐减小的加速运动直至匀速运动，当达到 最大速度时，由平衡条件有： Tmgsin Ff0 Nmgcos 0 TMg 又由摩擦力公式得 f N ab 所受的安培力 FBI
14、L 回路中感应电流 I m BLv Rr L 联解 并代入数据得： 最大速度 vm3m/s （2）由能量守恒定律知，系统的总能量守恒，即系统减少的重力势能等于系统增加的动 能、焦耳热及摩擦而转化的内能之和，有： Mgh mghsin 2 1 2 m Mm vQ+fh 电阻 R 产生的焦耳热 QR R Rr Q 根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律有： 流过电阻 R 的总电荷量 q I t 电流的平均值 E I Rr L? 感应电动势的平均值E t V L V ? 磁通量的变化量 B?（ Lh） ? 联解 ?并代入数据得：QR26.3J，q8C 7如图甲所示，一水平放置的线圈，匝数n=100
15、 匝，横截面积S=0.2m2，电阻 r=1，线 圈处于水平向左的均匀变化的磁场中，磁感应强度B1随时间 t 变化关系如图乙所示。线圈 与足够长的竖直光滑导轨MN 、PO连接，导轨间距l=20cm ，导体棒ab 与导轨始终接触良 好， ab 棒的电阻R=4 ，质量m=5g ，导轨的电阻不计，导轨处在与导轨平面垂直向里的匀 强磁场中，磁感应强度B2=0.5T 。t=0 时，导体棒由静止释放，g 取 10m/s2，求： (1)t=0时，线圈内产生的感应电动势太小； (2)t=0时，导体棒ab 两端的电压和导体棒的加速度大小； (3) 导体棒 ab 到稳定状态时，导体棒所受重力的瞬时功率。 【答案】（
16、 1）2V；（ 2）1.6V；2m/s 2；（ 3）0.25W； 【解析】由图乙可知，线圈内磁感应强度变化率：0.1T /s B t 由法拉第电磁感应定律可知： 1 2V B EnnS tt t=0 时，回路中电流： 1 0.4A E I Rr 导体棒 ab 两端的电压1.6VUIR 设此时导体棒的加速度为a，则由： 2 mgB Ilma 得： 22 2m / s B Il ag m 当导体棒ab 达到稳定状态时，满足： 2 mgB I l 12 EB lv I Rr 得：5m/ sv 此时，导体棒所受重力的瞬时功率0.25WPmgv 【 点 睛 】 本 题 是 感 生 电 动 势 类 型 ， 关 键 要 掌 握 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 的 表 达 式 B S En t ，再结合闭合电路欧姆定律进行求解，注意楞次定律来确定感应电动势的方 向 8如图甲所示是航空母舰上一种弹射装置的模型，“ E”字形铁芯长为l 的三个柱脚的两条 缝中存在正对的由B 指向 A、C的磁场，该磁场任意时刻均可视为处处大小相等方
