高中物理法拉第电磁感应定律综合题

如图所示，水平桌面上有两根相距为L=20cm，足够长的的水平平行光滑导轨，导轨的一端连接电阻R=0.9Ω，若在导轨平面上建立直角平面坐标系，取与导轨平行向右方向为x轴正方向，而与导轨垂直的水平方向为y轴方向。在x < 0的一侧没有磁场，在x > 0的一侧有竖直向下的磁场穿过导轨平面。该磁场磁感应强度的大小沿y轴方向均匀，但沿x轴方向随x的增大而增大，且B=kx，式中k=15/4T/m。质量为M的金属杆AB水平而与导轨垂直放置，可在导轨上沿与导轨平行的方向运动，当t=0时，AB位于x=0处，并有沿x轴正方向的初速度v₀=5m/s。在运动过程中，有一大小变化的沿x轴方向的水平拉力F作用于AB，使AB有沿x轴负方向、大小为a=10m/s²的恒定加速度作匀变速直线运动。除R外，其它电阻均忽略不计。求：

（1）该回路中产生感应电流可以持续的时间；
（2）当AB向右运动的速度为3 m/s时，回路中的感应电动势的大小；
（3）若满足x < 0时F=0，求AB经1.6s时的位置坐标，并写出AB向右运动时拉力F与时间t的函数关系（直接用a、v₀、M、k、R、L表示），以及在0.6s时金属杆AB受到的磁场力。

如图所示，电子束从阴极K处无初速度释放，经电压为U的电场加速后连续射入水平放置的平行金属板中央，极板的长度为L，板距为d₁，两极板与互相平行的直长金属导轨相连，导轨上有一长为d₂的金属棒AB在导轨上向右滑动（各处接触良好），导轨处于磁感应强度为B的匀强磁场中，方向如图所示。若要电子束能顺利通过水平放置的平行板而不至于打在极板上，求AB垂直向右切割磁感线的速度的取值范围。

圆盘发电机的构造如图甲水平放置的金属圆盘在竖直向下的匀强磁场中绕与圆盘平面垂直且过圆盘中心O点的轴匀速转动，从a、b两端将有电压输出。现将此发电机简化成如图乙所示的模型：固定的金属圆环水平放置，金属棒OP绕圆环中心O以角速度匀速转动，金属棒的P端与圆环无摩擦紧密接触，整个装置放在竖直向下的匀强磁场中。已知圆环半径OP =" 20" cm，圆环总电阻为R₁ = 0.4，金属棒的电阻R₂ = 0.1，金属棒转动的角速度为=" 500" rad/s，磁感应强度B =" 1" T，外接负载电阻R = 0.3。求：

（1）金属棒OP中产生的感应电动势的大小为多少？O、P两点哪点电势高？
（2）负载电阻上的最大功率与最小功率各为多少？

如图所示，一只横截面积为S=0.10m²，匝数为120匝的闭合线圈放在平行于线圈轴线的匀强磁场中，线圈的总电阻为R=1.2Ω．该匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如右图所示．求：⑴从t=0到t=0.30s时间内，通过该线圈任意一个横截面的电荷量q为多少？⑵这段时间内线圈中产生的电热Q为多少？

如图12-2-6所示，半径为Ｒ、单位长度电阻为λ的均匀导体圆环固定在水平面上，圆环中心为Ｏ．匀强磁场垂直水平面方向向下，磁感强度为Ｂ．平行于直径ＭＯＮ的导体杆，沿垂直于杆的方向向右运动．杆的电阻可以忽略不计，杆与圆环接触良好，某时刻，杆的位置如图，，速度为ｖ，求此时刻作用在杆上安培力的大小．

如图12-2-4所示，在磁感强度为B的匀强磁场中有一半径为L的金属圆环．已知构成圆环的电线电阻为4r₀，以O为轴可以在圆环上滑动的金属棒OA电阻为r₀，电阻R₁=R₂=4r₀．当OA棒以角速度匀速转动时，电阻R₁的电功率最小值为P₀为多大？（其它电阻不计）

如图所示，平行导轨竖直放置，上端用导线相连，中间跨接的金属棒与导轨组成闭合回路。水平虚线L₁、L₂之间存在垂直导轨所在平面向里的磁场，磁感应强度的变化规律是

B²=B₀² (1+ky），其中B₀和k 为已知量，y 为磁场中任一位置到L_l的距离．金属棒从L₂ 处以某一速度向上运动进人磁场,经过L₁时其速度为刚进人磁场时速度的一半，返回时正好匀速穿过磁场．已知金属棒在导轨上滑动时所受的摩擦力和重力之比为5 :13 ，重力加速度为g ，导轨上单位长度的阻值是恒定的，其余的电阻不计．求：
( 1 ) L_l 到导轨上端的距离
( 2 ）金属棒向上运动进人磁场的初速度与向下运动进人磁场的速度之比．
( 3 ）金属棒向上刚进人磁场的加速度的大小．

磁悬浮列车是一种高速运载工具。它具有两个重要系统：一是悬浮系统，利用磁力使车体在导轨上悬浮起来；另一是驱动系统，在沿轨道上安装的三相绕组中，通上三相交流电，产生随时间和空间做周期性变化的磁场，磁场与固连在车体下端的感应金属板相互作用，使车体获得牵引力。


设图中平面代表轨道平面，轴与轨道平行，现有一与轨道平面垂直的磁场正以速度向方向匀速运动，设在时，该磁场的磁感应强度B的大小随空间位置x的变化规律为（式中B₀、k为已知常量），且在y轴处，该磁场垂直平面指向纸里。与轨道平面平行的一金属矩形框MNPQ处在该磁场中，已知该金属框的MN边与轨道垂直，长度为L，固定在y轴上，MQ边与轨道平行，长度为d=，金属框的电阻为R，忽略金属框的电感的影响。求：
（1）  t=0时刻，金属框中的感应电流大小和方向；
（2）  金属框中感应电流瞬时值的表达式；
（3）  经过时间，金属框产生的热量；
（4）  画出金属框受安培力F随时间变化的图象。

如图，水平平面内固定两平行的光滑导轨，左边两导轨间的距离为2L，右边两导轨间的距离为L，左右部分用导轨材料连接，两导轨间都存在磁感强度为B、方向竖直向下的匀强磁场。ab、cd两均匀的导体棒分别垂直放在左边和右边导轨间，ab棒的质量为2m，电阻为2r，cd棒的质量为m，电阻为r，其它部分电阻不计。原来两棒均处于静止状态，cd棒在沿导轨向右的水平恒力F作用下开始运动，设两导轨足够长，两棒都不会滑出各自的轨道。

　　⑴试分析两棒最终达到何种稳定状态？此状态下两棒的加速度各多大？
　　⑵在达到稳定状态时ab棒产生的热功率多大？
 

一质量为M=1Kg的小车上固定有一质量为m=0.2Kg，宽L=0.25m、电阻R=100Ω的100匝的矩形线圈，一起静止在光滑水平面上，现有一质量为m₀的子弹以V₀=250m/s的水平速度射入小车中，并随小车线圈一起进入一与线圈平面垂直，磁感应强度B=1.0T的水平匀强磁场中如图，小车运动过程中的V---S图象如图。求：(1)子弹的质量；(2)图中S = 80cm时线圈中的电流强度；(3)在进入过程中通过线圈某一截面的电量；(4)求出线圈小车通过磁场的过程中线圈电阻的发热量。

如图甲所示，一边长为L=1m，电阻为R=3的正方形金属线框MNPQ水平平放在光滑绝缘水平地面上，在地面上建立如图所示坐标系，空间存在垂直地面的磁场，在m的区域I中磁场方向向上，在m的区域II中磁场方向向下，磁感应强度的大小随x的变化规律如图乙，开始时刻线框MN边与y轴重合。
（1）若给线框以水平向右的初速度，同时在PQ边施加一水平拉力，之后线框做的匀速直线运动，求线框运动3m的过程中水平拉力所做的功；
（2）若在图示位置给线框一初速度,线框的PQ边恰能运动到磁场区域II的右边界,设线框全部在区域I中运动时产生的热量为Q₁,线框全部在区域II中运动时产生的热量为Q₂，求。

 

如图所示，两根相距为d 的足够长的光滑金属导轨位于水平的xoy平面内，一端接有阻值为R的电阻。在x＞0的区域存在垂直纸面向里的磁场，磁感应强度B随x的增大而增大，B＝kx，式中k是一常量。一质量为m的金属杆地（地应为与）金属导轨垂直，可在导轨上滑动，当t＝0时位于x＝0处，速度为v₀，方向沿x轴的正方向。在运动过程中，有一大小可调节方向始终不变的外力F作用于金属杆以保证金属杆的加速度恒定，大小为a，方向沿x轴的负方向。当金属杆的速度大小为时，求所加外力F的大小。没（应为设）金属导轨与金属杆的电阻不计。
 

如图所示，竖直放置的光滑平行金属导轨MN、PQ相距L，在M点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间OO₁O₁′O′ 矩形区域内有垂直导轨平面向里、宽为d的匀强磁场，磁感应强度为B．一质量为m，电阻为r的导体棒ab垂直搁在导轨上，与磁场上边边界相距d₀．现使ab棒由静止开始释放，棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动（棒ab与导轨始终保持良好的电接触且下落过程中始终保持水平，导轨电阻不计）．求：

棒ab在离开磁场下边界时的速度；
棒ab在通过磁场区的过程中产生的焦耳热；        
试分析讨论ab棒在磁场中可能出现的运动情况。                                                              

如图所示，足够长的光滑平行金属导轨cd和ef，水平放置且相距L，在其左端各固定一个半径为r的四分之三金属光滑圆环，两圆环面平行且竖直。在水平导轨和圆环上各有一根与导轨垂直的金属杆，两金属杆与水平导轨、金属圆环形成闭合回路，两金属杆质量均为m，电阻均为R，其余电阻不计。整个装置放在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中。当用水平向右的恒力F=mg拉细杆a，达到匀速运动时，杆b恰好静止在圆环上某处，试求：
（1）杆a做匀速运动时，回路中的感应电流；
（2）杆a做匀速运动时的速度；
（3）杆b静止的位置距圆环最低点的高度。   

如图（）所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距=0.3．导轨左端连接＝0.6的电阻，区域内存在垂直于导轨平面=0.6的匀强磁场，磁场区域宽="0.2"．细金属棒和用长为2=0.4的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为="0.3",导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度="1.0" 沿导轨向右穿越磁场，计算从金属棒进入磁场（=0）到离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻的电流强度，并在图（）中画出．