《物理法拉第电磁感应定律的专项-易错-难题练习题附答案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理法拉第电磁感应定律的专项-易错-难题练习题附答案（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如图所示,在磁感应强度B=1.0 T的有界匀强磁场中(MN为边界)，用外力将边长为L=10 cm的正方形金属线框向右匀速拉出磁场，已知在线框拉出磁场的过程中，ab边受到的磁场力F随时间t变化的关系如图所示，bc边刚离开磁场的时刻为计时起点(即此时t=0).求: (1)将金属框拉出的过程中产生的热量Q;(2)线框的电阻R.【答案】（1）2.010-3 J （2）1.0 【解析】【详解】(1)由题意及图象可知，当时刻边的受力最大，为：可得：线框匀速运动，其受到的安培力为阻力大小即为，由能量守恒：安(2) 金属框拉出的过程中产生的热量：线框的电阻：2如图甲所示，一个电阻值为R
2、，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。线圈的半径为r1。在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示，图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0。导线的电阻不计，求0至t1时间内(1)通过电阻R1上的电流大小及方向。(2)通过电阻R1上的电荷量q。【答案】(1) 电流由b向a通过R1(2) 【解析】【详解】(1)由法拉第电磁感应定律得感应电动势为 由闭合电路的欧姆定律，得通过R1的电流大小为由楞次定律知该电流由b向a通过R1。(2)由得在0至t1时间内通过R1的电量为: 3如图所示，面积为0.2m2的100匝线圈
3、处在匀强磁场中，磁场方向垂直于线圈平面。已知磁感应强度随时间变化的规律为B=（2+0.2t）T，定值电阻R1=6 ，线圈电阻R2=4求：（1）磁通量变化率，回路的感应电动势。（2）a、b两点间电压Uab。【答案】（1）0.04Wb/s 4V（2）2.4V【解析】【详解】（1）由B=（2+0.2t）T得磁场的变化率为 则磁通量的变化率为：根据可知回路中的感应电动势为：（2）线圈相当于电源，Uab是外电压，根据电路分压原理可知：答：（1）磁通量变化率为0.04Wb/s，回路的感应电动势为4V。（2）a、b两点间电压Uab为2.4V。4如图（a）所示，间距为l、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为的斜面上
4、。在区域I内有方向垂直于斜面的匀强磁场，磁感应强度为B；在区域内有垂直于斜面向下的匀强磁场，其磁感应强度Bt的大小随时间t变化的规律如图（b）所示。t0时刻在轨道上端的金属细棒ab从如图位置由静止开始沿导轨下滑，同时下端的另一金属细棒cd在位于区域I内的导轨上由静止释放。在ab棒运动到区域的下边界EF处之前，cd棒始终静止不动，两棒均与导轨接触良好。已知cd棒的质量为m、电阻为R，ab棒的质量、阻值均未知，区域沿斜面的长度为2l，在ttx时刻（tx未知）ab棒恰进入区域，重力加速度为g。求：(1)通过cd棒电流的方向和区域I内磁场的方向；(2)ab棒开始下滑的位置离EF的距离；(3)ab棒开始
5、下滑至EF的过程中回路中产生的热量。【答案】(1)通过cd棒电流的方向从d到c，区域I内磁场的方向垂直于斜面向上；(2)3l（3）4mglsin。【解析】【详解】(1)由楞次定律可知，流过cd的电流方向为从d到c，cd所受安培力沿导轨向上，由左手定则可知，I内磁场垂直于斜面向上，故区域I内磁场的方向垂直于斜面向上。(2)ab棒在到达区域前做匀加速直线运动，a=gsincd棒始终静止不动，ab棒在到达区域前、后，回路中产生的感应电动势不变，则ab棒在区域中一定做匀速直线运动，可得： 解得 ab棒在区域中做匀速直线运动的速度 则ab棒开始下滑的位置离EF的距离 (3)ab棒在区域中运动时间 ab棒
6、从开始下滑至EF的总时间 感应电动势： ab棒开始下滑至EF的过程中回路中产生的热量：QEIt4mglsin5如图(a)所示，一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1, 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图(b)所示，图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0，导线的电阻不计求 (1) 0t0时间内圆形金属线圈产生的感应电动势的大小E；(2) 0t1时间内通过电阻R1的电荷量q【答案】（1）（2）【解析】【详解】（1）由法拉第电磁感应定律有 （2）由题意可知总电阻 R总=R+2R=3
7、R 由闭合电路的欧姆定律有电阻R1中的电流 0t1时间内通过电阻R1的电荷量 由式得6如图甲所示，两根间距L=1.0m、电阻不计的足够长平行金属导轨ab、cd水平放置，一端与阻值R=2.0的电阻相连质量m=0.2kg的导体棒ef在恒定外力F作用下由静止开始运动，已知导体棒与两根导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力均为f=1.0N，导体棒电阻为r=1.0，整个装置处于垂直于导轨平面向上的匀强磁场B中，导体棒运动过程中加速度a与速度v的关系如图乙所示（取g=10m/s2）求：（1）当导体棒速度为v时，棒所受安培力F安的大小（用题中字母表示）（2）磁场的磁感应强度B（3）若ef棒由静止开始运动距离为S=
8、6.9m时，速度已达v=3m/s求此过程中产生的焦耳热Q【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【详解】(1)当导体棒速度为v时,导体棒上的电动势为E,电路中的电流为I.由法拉第电磁感应定律 由欧姆定律 导体棒所受安培力 联合解得: (2)由图可以知道:导体棒开始运动时加速度 ,初速度 ,导体棒中无电流.由牛顿第二定律知 计算得出: 由图可以知道:当导体棒的加速度a=0时,开始以 做匀速运动此时有: 解得: (3)设ef棒此过程中,产生的热量为Q,由功能关系知 :带入数据计算得出 故本题答案是：（1）；（2）；（3）【点睛】利用导体棒切割磁感线产生电动势，在结合闭合电路欧姆定律可求出回路中的电流
9、，即可求出安培力的大小，在求热量时要利用功能关系求解。7如图所示，质量为2m的 U形线框ABCD下边长度为L，电阻为R，其它部分电阻不计，其内侧有质量为m，电阻为R的导体棒PQ，PQ与线框相接触良好，可在线框内上下滑动整个装置竖直放置，其下方有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为B将整个装置从静止释放，在下落过程线框底边始终水平当线框底边进入磁场时恰好做匀速运动，此时导体棒PQ与线框间的滑动摩擦力为经过一段时间，导体棒PQ恰好到达磁场上边界，但未进入磁场，PQ运动的距离是线框在磁场中运动距离的两倍不计空气阻力，重力加速度为g求：（1）线框刚进入磁场时，BC两端的电势差；（2）导体棒PQ到达磁场上边
10、界时速度大小；（3）导体棒PQ到达磁场上边界前的过程线框中产生的焦耳热【答案】（1）（2）（3）【解析】试题分析：（1）线框刚进入磁场时是做匀速运动由平衡知识可列：（2）设导体棒到达磁场上边界速度为，线框底边进入磁场时的速度为；导体棒相对于线框的距离为，线框在磁场中下降的距离为联解上述方程式得：（3）线框下降的时间与导体棒下滑的时间相等联解上述方程式得：考点：法拉第电磁感应定律；物体的平衡.8如图甲所示，水平放置的电阻不计的光滑平行金属导轨相距L=0.5m，左端连接R=0.4的电阻，右端紧靠在绝缘墙壁边，导轨间虚线右边与墙壁之间的区域内存在方向垂直导轨平面的磁场，虚线与墙壁间的距离为s=10m
11、，磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示。一电阻r=0.1、质量为m=0.5kg的金属棒ab垂直导轨放置于距离磁场左边界d= 2.5m处，在t=0时刻金属棒受水平向右的大小F=2.5N的恒力作用由静止开始运动，棒与导轨始终接触良好，棒滑至墙壁边后就保持静止不动。求：(1)棒进入磁场时受到的安培力F；(2) 在04s时间内通过电阻R的电荷量q；(3)在05s时间内金属棒ab产生的焦耳热Q。【答案】(1) (2) （3） 【解析】(1)棒进入磁场之前对ab受力分析由牛顿第二定律得由匀变速直线位移与时间关系则由匀变速直线运动速度与时间关系得金属棒受到的安培力 (2)由上知，棒进人磁场时,则金属棒作
12、匀速运动，匀速运动时间34s棒在绝缘墙壁处静止不动则在04s时间内通过电阻R的电量 (3)由上知在金属棒在匀强磁场中匀速运动过程中产生的45s由楞次定律得感应电流方向为顺时针，由左手定则知金属棒受到的安培力水平向右，则金属棒仍在绝缘墙壁处静止不动，由法拉第电磁感应定律得焦耳热在05s时间内金属棒ab产生的焦耳热【点睛】本题根据牛顿第二定律和运动学公式结合分析棒的运动情况，关键是求解安培力当棒静止后磁场均匀变化，回路中产生恒定电流，由焦耳定律求解热量9如图所示，平等光滑金属导轨AA1和CC1与水平地面之间的夹角均为，两导轨间距为L，A、C两点间连接有阻值为R的电阻，一根质量为m、电阻也为R的直导
13、体棒EF跨在导轨上，两端与导轨接触良好。在边界ab和cd之间（ab与cd与导轨垂直）存在垂直导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，现将导体棒EF从图示位置由静止释放，EF进入磁场就开始匀速运动，棒穿过磁场过程中棒中产生的热量为Q。整个运动的过程中，导体棒EF与导轨始终垂直且接触良好，其余电阻不计，取重力加速度为g。（1）棒释放位置与ab间的距离x；（2）求磁场区域的宽度s；（3）导体棒穿过磁场区域过程中流过导体横截面的电量。【答案】（1） （2） （3）【解析】(1)导体棒EF从图示位置由静止释放，根据牛顿第二定律EF进入磁场就开始匀速运动，由受力平衡：由闭合电路欧姆定律： 导体棒切割磁感
14、线产生电动势：E=BLv匀加速阶段由运动学公式v2=2ax联立以上各式可解得棒释放位置与ab间的距离为： (2)EF进入磁场就开始匀速运动，由能量守恒定律：A，C两点间电阻R与EF串联，电阻大小相等，则 连立以上两式可解得磁场区域的宽度为:(3) EF在磁场匀速运动：s=vt由电流定义流过导体棒横截面的电量q=It联立解得：【点睛】此题综合程度较高，由运动分析受力，根据受力情况列方程，两个运动过程要结合分析；在匀速阶段要明确能量转化关系，电量计算往往从电流定义分析求解10如图甲所示为发电机的简化模型，固定于绝缘水平桌面上的金属导轨，处在方向竖直向下的匀强磁场中，导体棒ab在水平向右的拉力F作用下，以水平速度v沿金属导轨向右做匀速直线运动，导体棒ab始终与金属导轨形成闭合回路已知导体棒ab的长度恰好等于平行导轨间距l，磁场的磁感应强度大小为B，忽略摩擦阻力(1)求导体棒ab运动过程中产生的感应电动势E和感应电流I；(2)从微观角度看，导体棒切割磁感线产生感应电动势是由于导体内部的自由电荷受到沿棒方向的洛伦兹力做功而产生的如图乙(甲图中导体棒ab)所示，为了方便，可认为导体棒ab中的自由电荷为正电荷，每个自由电荷的电荷量为q，设导体棒ab中总共有N个自由电荷a.求自由电荷沿导体棒定向移动的速率u；b.请分别从宏观和微观两个角度，推导非静电力做功的功率等于拉力做功的功率【答案】(1)
