《石家庄备战高考物理易错题专题训练-电磁感应现象的两类情况练习题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石家庄备战高考物理易错题专题训练-电磁感应现象的两类情况练习题（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、石家庄备战高考物理易错题专题训练- 电磁感应现象的两类情况练习题 一、电磁感应现象的两类情况 1如图所示，水平放置的两根平行光滑金属导轨固定在平台上导轨间距为1m，处在磁感 应强度为 2T、竖直向下的匀强磁场中，平台离地面的高度为h3.2m 初始时刻，质量为 2kg 的杆 ab 与导轨垂直且处于静止，距离导轨边缘为d2m，质量同为2kg的杆 cd 与导 轨垂直，以初速度v015m/s 进入磁场区域最终发现两杆先后落在地面上已知两杆的电 阻均为 r 1 ，导轨电阻不计，两杆落地点之间的距离s4m（整个过程中两杆始终不相 碰） （1）求 ab 杆从磁场边缘射出时的速度大小； （2）当 ab 杆射出
2、时求cd 杆运动的距离； （3）在两根杆相互作用的过程中，求回路中产生的电能 【答案】 (1) 2 10m/sv； (2) cd 杆运动距离为7m ； (3) 电路中损耗的焦耳热为100J 【解析】 【详解】 （1）设ab、cd 杆从磁场边缘射出时的速度分别为 1 v、 2 v 设ab杆落地点的水平位移为x， cd 杆落地点的水平位移为xs，则有 1 2h xv g 2 2h xsv g 根据动量守恒 012 mvmvmv 求得： 2 10m/sv （2）ab杆运动距离为d，对ab杆应用动量定理 1 BIL tBLqmvV 设 cd 杆运动距离为dx 22 BL x q rr 解得 1 22
3、2rmv x B L cd 杆运动距离为 1 22 2 7m rmv dxd B L （3）根据能量守恒，电路中损耗的焦耳热等于系统损失的机械能 222 012 111 100J 222 Qmvmvmv 2某科研机构在研究磁悬浮列车的原理时，把它的驱动系统简化为如下模型；固定在列车 下端的线圈可视为一个单匝矩形纯电阻金属框，如图甲所示，MN边长为L，平行于 y 轴，MP边宽度为b，边平行于x轴，金属框位于xoy平面内，其电阻为 1 R；列车轨道沿 Ox方向，轨道区域内固定有匝数为 n、电阻为 2 R的“” 字型（如图乙）通电后使 其产生图甲所示的磁场，磁感应强度大小均为 B，相邻区域磁场方向相
4、反（使金属框的 MN和PQ两边总处于方向相反的磁场中）已知列车在以速度 v运动时所受的空气阻力 f F满足 2 f Fkv（k为已知常数）驱动列车时，使固定的“” 字型线圈依次通 电，等效于金属框所在区域的磁场匀速向x轴正方向移动，这样就能驱动列车前进 （1）当磁场以速度 0 v沿 x 轴正方向匀速移动，列车同方向运动的速度为v（ 0 v）时，金 属框MNQP产生的磁感应电流多大？（提示：当线框与磁场存在相对速度v相时，动生电 动势EBLv相） （2）求列车能达到的最大速度 m v ； （3）列车以最大速度运行一段时间后，断开接在“” 字型线圈上的电源，使线圈 与连有整流器（其作用是确保电流总
5、能从整流器同一端流出，从而不断地给电容器充电） 的电容器相接，并接通列车上的电磁铁电源，使电磁铁产生面积为Lb、磁感应强度为 B 、方向竖直向下的匀强磁场，使列车制动，求列车通过任意一个“” 字型线圈 时，电容器中贮存的电量Q 【答案】 (1) 0 1 2()BL vv R (2) 2222 1 0 1 22BLB LkR vB L kR (3) 2 4nB Lb R 【解析】 【详解】 解： (1)金属框相对于磁场的速度为： 0 vv 每边产生的电动势： 0 ()EBL vv 由欧姆定律得： 1 2E I R 解得： 0 1 (2)BL vv I R (2)当加速度为零时，列车的速度最大，此
6、时列车的两条长边各自受到的安培力： B FBIL 由平衡条件得：20BfFF ，已知： 2 f Fkv 解得： 2222 10 1 22 m BLB LkRvB L v kR (3)电磁铁通过字型线圈左边界时，电路情况如图 1 所示： 感应电动势： n E t ，而B Lb 电流：1 2 E I R 电荷量： 11 QIt 解得： 1 2 nB Lb Q R 电磁铁通过字型线圈中间时，电路情况如图2 所示： B Lb， 22 22EnI R t 22 QIt 解得：2 2 2nB Lb Q R 电磁铁通过字型线圈右边界时，电路情况如图3 所示： n E t ， B Lb， 3 2 E I R
7、33 QIt 解得： 3 2 nB Lb Q R ， 总的电荷量： 123 QQQQ 解得： 2 4nB Lb Q R 3如图所示，足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ倾斜放置，两导轨间距离为L，导 轨平面与水平面间的夹角，所处的匀强磁场垂直于导轨平面向上，质量为m的金属棒 ab垂直于导轨放置，导轨和金属棒接触良好，不计导轨和金属棒ab的电阻，重力加速度 为g若在导轨的 M 、P两端连接阻值 R的电阻，将金属棒ab由静止释放，则在下滑的 过程中，金属棒ab沿导轨下滑的稳定速度为v，若在导轨 M 、P两端将电阻 R改接成电 容为C的电容器，仍将金属棒 ab由静止释放，金属棒ab下滑时间 t，此过程
8、中电容器没 有被击穿，求： （1）匀强磁场的磁感应强度B的大小为多少？ （2）金属棒ab下滑t秒末的速度是多大？ 【答案】（ 1） 2 sinmgR B L v （2） sin sin t gvt v vCgR 【解析】 试题分析：（ 1）若在 M、P 间接电阻 R时，金属棒先做变加速运动，当加速度为零时做匀 速运动，达到稳定状态则感应电动势EBLv ，感应电流 E I R ，棒所受的安培力 FBIL 联立可得 22 B L v F R ，由平衡条件可得 Fmgsin ，解得 2 mgRsin B L v （2）若在导轨 M、P两端将电阻R 改接成电容为C的电容器，将金属棒ab 由静止释放，
9、产生感应电动势，电容器充电，电路中有充电电流，ab 棒受到安培力 设棒下滑的速度大小为v，经历的时间为t 则电容器板间电压为UEBLv 此时电容器的带电量为 QCU 设时间间隔 t 时间内流经棒的电荷量为 QV 则电路中电流 QC UCBLv i ttt ，又 v a t ，解得i CBLa 根据牛顿第二定律得mgsinBiLma，解得 22 mgsingvsin a mB L CvCgRsin 所以金属棒做初速度为0 的匀加速直线运动，ts末的速度 gvtsin vat vCgRsin 考点：导体切割磁感线时的感应电动势；功能关系；电磁感应中的能量转化 【名师点睛】本题是电磁感应与电路、力学
10、知识的综合，关键要会推导加速度的表达式， 通过分析棒的受力情况，确定其运动情况 4某兴趣小组设计制作了一种磁悬浮列车模型，原理如图所示，PQ和 MN 是固定在水平 地面上的两根足够长的平直导轨，导轨间分布着竖直（垂直纸面）方向等间距的匀强磁场 1 B 和 2 B ，二者方向相反矩形金属框固定在实验车底部（车厢与金属框绝缘）其中ad 边宽度与磁场间隔相等，当磁场 1 B 和2 B 同时以速度 0 m 10 s v沿导轨向右匀速运动时， 金属框受到磁场力，并带动实验车沿导轨运动已知金属框垂直导轨的ab 边长 0.1mLm、总电阻0.8R，列车与线框的总质量 0.4kgm， 12 2.0TBBT，悬
11、 浮状态下，实验车运动时受到恒定的阻力 1 hN （1）求实验车所能达到的最大速率； （2）实验车达到的最大速率后,某时刻让磁场立即停止运动,实验车运动20s 之后也停止运 动，求实验车在这20s 内的通过的距离； （3）假设两磁场由静止开始向右做匀加速运动，当时间为24st时，发现实验车正在向 右做匀加速直线运动，此时实验车的速度为 m 2 s v ，求由两磁场开始运动到实验车开始 运动所需要的时间 【答案】 (1) m 8 s ；(2)120m；(3)2s 【解析】 【分析】 【详解】 （1）实验车最大速率为 m v 时相对磁场的切割速率为0m vv ， 则此时线框所受的磁场力大小为 22
12、 0 4-B Lv v F R （） 此时线框所受的磁场力与阻力平衡，得：Ff 2 m0 2 8m/s 4 fR vv B L （2）磁场停止运动后，线圈中的电动势：2EBLv 线圈中的电流： E I R 实验车所受的安培力： 2FBIL 根据动量定理，实验车停止运动的过程： m Ftftmv 整理得： 22 4 m B L v tftmv R 而v tx 解得：120mx （3）根据题意分析可得，为实现实验车最终沿水平方向做匀加速直线运动，其加速度必须 与两磁场由静止开始做匀加速直线运动的加速度相同，设加速度为a， 则 t 时刻金属线圈中的电动势2)EBL atv（ 金属框中感应电流 2)B
13、L atv I R （ 又因为安培力 22 4) 2 B Latv FBIL R （ 所以对试验车，由牛顿第二定律得 22 4)B Latv fma R （ 得 2 1.0m/sa 设从磁场运动到实验车起动需要时间为 0 t，则 0 t时刻金属线圈中的电动势 00 2EBLat 金属框中感应电流 0 0 2BLat I R 又因为安培力 22 0 00 4 2 B L at FBI L R 对实验车，由牛顿第二定律得： 0 Ff 即 22 0 4B L at f R 得： 0 2st 5如图所示，两根竖直固定的足够长的金属导轨ad 和 bc，相距为L=10cm；另外两根水 平金属杆MN 和 E
14、F可沿导轨无摩擦地滑动，MN 棒的质量均为m=0. 2kg，EF棒的质量 M=0.5kg，在两导轨之间两棒的总电阻为R=0.2（竖直金属导轨的电阻不计）；空间存在 着垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B=5T，磁场区域足够大；开始时MN 与 EF 叠放在一起放置在水平绝缘平台上，现用一竖直向上的牵引力使MN 杆由静止开始匀加速 上升，加速度大小为a=1m/s 2，试求： （1）前 2s 时间内流过MN 杆的电量（设EF杆还未离开水平绝缘平台）； （2）至少共经多长时间EF杆能离开平台。 【答案】（ 1）5C；（ 2）4s 【解析】 【分析】 【详解】 解：（ 1）t=2s 内 MN 杆上升
15、的距离为 21 2 hat= 此段时间内MN、EF与导轨形成的回路内，磁通量的变化量为 BLh 产生的平均感应电动势为 E t 产生的平均电流为 E I R 流过 MN 杆的电量 qIt 代入数据解得 2 5C 2 BLat q R （2）EF杆刚要离开平台时有 BILMg 此时回路中的电流为 E I R MN 杆切割磁场产生的电动势为 EBLv MN 杆运动的时间为 v t a 代入数据解得 22 4s MgR t B L a = 6如图所示，两平行长直金属导轨(不计电阻)水平放置，间距为L，有两根长度均为 L、 电阻均为 R、质量均为m 的导体棒AB、CD平放在金属导轨上。其中棒CD通过绝
16、缘细绳、 定滑轮与质量也为m 的重物相连，重物放在水平地面上，开始时细绳伸直但无弹力，棒 CD与导轨间的动摩擦因数为 ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，忽略其他摩擦和其他阻 力，导轨间有一方向竖直向下的匀强磁场 1 B，磁场区域的边界满足曲线方程： sin(0yLxxL L ，单位为 )m 。CD棒处在竖直向上的匀强磁场 2 B 中。现从0t时 刻开始，使棒AB 在外力 F的作用下以速度v 从与 y 轴重合处开始沿x 轴正方向做匀速直线 运动 ,在运动过程中CD 棒始终处于静止状态。 （1）求棒 AB在运动过程中，外力F的最大功率； （2）求棒 AB通过磁场区域 1 B 的过程中，棒CD上产生的焦耳热； （3）若棒 AB在匀强磁场 1 B 中运动时，重物始终未离开地面,且满足： 2 12 4 B B L v mg R ， 求重物所受支持力大小随时间变化的表达式。 【答案】（ 1） 222 1 2 B L v R （2） 23 1 8 B L v R （3）当 0t 6 L v 时， FN=mg 当 6 L v t 5 6 L v 时，FN=(1+ )mg
