高中物理研究电磁感应现象综合题

如下图所示，水平地面上方的H高区域内有匀强磁场，水平界面PP′是磁场的上边界，磁感应强度为B，方向是水平的，垂直于纸面向里.在磁场的正上方，有一个位于竖直平面内的闭合的矩形平面导线框abcd,ab长为l1,bc长为l2,H>l2,线框的质量为m、电阻为R.现使线框abcd从高处自由落下，ab边下落的过程中始终保持水平，已知线框进入磁场的过程中的运动情况是：cd边进入磁场以后，线框先做加速运动，然后做匀速运动，直到ab边到达边界PP′为止.从线框开始下落到cd边刚好到达水平地面的过程中，线框中产生的焦耳热为Q.求：

（1）线框abcd在进入磁场的过程中，通过导线的某一横截面的电荷量是多少？
（2）线框是从cd边距边界PP′多高处开始下落的？
（3）线框的cd边到达地面时线框的速度大小是多少？

现在家家户户都安装了漏电保护器，有人认为它与保险丝的作用一样，用电器电流大时，它自动跳闸，起到保险丝的作用，只是不熔断。其实不是这样，它的作用与保险丝的作用完全不一样，它是只管漏电(跑电，与大地相连)而不管短路，当然，当电流大到某一极限值时它也跳闸。漏电保护器是保护人的生命安全的，一旦有人触电，它会立即跳闸，切断电源。它的原理图如图所示。当用电器一端有人触电(或漏电)时，套在闭合铁芯上的线圈就向传感器发出信号，通过自动电路，切断电源。试说明漏电保护器的原理。

如图所示，竖直平面内有一半径为、电阻为、粗细均匀的光滑半圆形金属环，在、处与相距为、电阻不计的平行光滑金属轨道、相接，之间接有电阻，已知＝12，＝4。 在MN上方及下方有水平方向的匀强磁场和，磁感应强度大小均为。现有质量为、电阻不计的导体棒，从半圆环的最高点处由静止下落，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，设平行轨道足够长。已知导体棒下落/2时的速度大小为，下落到处的速度大小为。

(1)求导体棒从下落/2时的加速度大小。
(2)若导体棒进入磁场Ⅱ后棒中电流大小始终不变，求磁场I和Ⅱ之间的距离和上的电功率。
(3)若将磁场Ⅱ的边界略微下移，导体棒刚进入磁场Ⅱ时速度大小为，要使其在外力作用下做匀加速直线运动，加速度大小为，求所加外力随时间变化的关系式。

电阻为Ｒ的矩形导线框ａｂｃｄ，边长ａｂ＝ｌ、ａｄ＝ｈ、质量为ｍ，自某一高度自由落下，通过一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁场区域的宽度为ｈ，如图35-1所示．若线框恰好以恒定速度通过磁场，线框内产生的焦耳热是多少．（不考虑空气阻力）

磁悬浮列车动力原理如下图所示，在水平地面上放有两根平行直导轨，轨间存在着等距离的正方形匀强磁场B_l和B₂，方向相反，B₁=B₂=lT，如下图所示。导轨上放有金属框abcd，金属框电阻R=2Ω，导轨间距L=0.4m，当磁场B_l、B₂同时以v=5m/s的速度向右匀速运动时，求
如果导轨和金属框均很光滑，金属框对地是否运动?运动性质如何?
如果金属框运动中所受到的阻力恒为其对地速度的K倍，K=0.18，求金属框所能达到的最大速度v_m是多少?
如果金属框要维持(2)中最大速度运动，它每秒钟要消耗多少磁场能?

 

匀强磁场磁感应强度B=0.2T，磁场宽度L=3m，一个正方形铝金属框边长ab为l=1m，每边电阻均为r=0.2Ω，铝金属框以v =10m/s的速度匀速穿过磁场区域，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示，求：
（1）画出铝金属框穿过磁场区域的过程中，金属框内感应电流的I-t图象（取顺时针电流为正）以及cd两端点的电压 U_cd-t图象。
（2）求此过程线框中产生的焦耳热。

如图所示，在磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，有一个质量为m、半径为r、电阻为R的均匀圆形导线圈，线圈平面跟磁场垂直（位于纸面内），线圈与磁场边缘（图中虚线）相切，切点为A，现在A点对线圈施加一个方向与磁场垂直，位于线圈平面内并跟磁场边界垂直的拉力F，将线圈以速度v匀速拉出磁场．以切点为坐标原点，以F的方向为正方向建立x轴，设拉出过程中某时刻线圈上的A点的坐标为x.
(1)写出力F的大小与x的关系式；
(2)在F－x图中定性画出F－x关系图线，写出最大值F₀的表达式．

如图所示，一正方形平面导线框abcd，经一条不可伸长的绝缘轻绳与另一正方形平面导线框a₁b₁c₁d₁相连，轻绳绕过两等高的轻滑轮，不计绳与滑轮间的摩擦．两线框位于同一竖直平面内，ad边和a₁d₁边是水平的．两线框之间的空间有一匀强磁场区域，该区域的上、下边界MN和PQ均与ad边及a₁d₁边平行，两边界间的距离为h="78.40" cm．磁场方向垂直线框平面向里．已知两线框的边长均为l=" 40." 00 cm，线框abcd的质量为m₁ =" 0." 40 kg，电阻为R₁=" 0." 80Ω。线框a₁ b₁ c₁d₁的质量为m₂ =" 0." 20 kg，电阻为R₂ ="0." 40Ω．现让两线框在磁场外某处开始释放，两线框恰好同时以速度v="1.20" m/s匀速地进入磁场区域，不计空气阻力，重力加速度取g="10" m/s².
(1)求磁场的磁感应强度大小．
(2)求ad边刚穿出磁场时，线框abcd中电流的大小．

在图甲中，直角坐标系xOy第1、3象限内有匀强磁场，第1象限内的磁感应强度大小为2B，第3象限内的磁感应强度大小为B，磁感应强度的方向均垂直于纸面向里．现将半径为l、圆心角为90⁰的扇形导线框OPQ以角速度绕O点在纸面内沿逆时针匀速转动，导线框回路电限为R.
(1)求导线框中感应电流的最大值．
(2)在图乙中画出导线框匀速转动一周的时间内感应电流I随时间t变化的图象．（规定与图甲中线框的位置相对应的时刻为t=0，逆时针方向的电流为正方向）
(3)求线框匀速转动一周产生的热量．

有界匀强磁场区域如图甲所示，质量为m、电阻为R的长方形矩形线圈abcd边长分别为L和2L，线圈一半在磁场内，一半在磁场外，磁感强度为B₀. t₀ = 0时刻磁场开始均匀减小，线圈中产生感应电流，在磁场力作用下运动，v-t图象如图乙所示，图中斜向虚线为O点速度图线的切线，数据由图中给出，不考虚重力影响，求：
(1)磁场磁感应强度的变化率；
(2) t₂时刻回路电功率．

如图所示，两根水平平行固定的光滑金属导轨宽为L，足够长，在其上放里两根长也为L且与导轨垂直的金属棒ab和cd，它们的质量分别为2m、m，电阻阻值均为R（金属导轨及导线的电阻均可忽略不计），整个装置处在磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中．
(1)现把金属棒ab锁定在导轨的左端，如图甲，对 cd施加与导轨平行的水平向右的恒力F，使金属棒cd向右沿导轨运动，当金属棒cd的运动状态稳定时，金属棒cd的运动速度是多大？
(2)若对金属棒ab解除锁定，如图乙，使金属棒cd获得瞬时水平向右的初速度v₀，当它们的运动状态达到稳定的过程中，流过金属棒ab的电量是多少？整个过程中ab和cd相对运动的位移是多大？

如图所示，螺线管与相距L的两竖直放置的导轨相连，导轨处于垂直纸面向外、磁感应强度为B₀的匀强磁场中。金属杆ab垂直导轨，杆与导轨接触良好，并可沿导轨无摩擦滑动。螺线管横截面积为S，线圈匝数为N，电阻为R₁，管内有水平向左的变化磁场。已知金属杆ab的质量为m，电阻为R₂，重力加速度为g．不计导轨的电阻，不计空气阻力，忽略螺线管磁场对杆ab的影响。
（1）为使ab杆保持静止，求通过ab的电流的大小和方向；
（2）当ab杆保持静止时，求螺线管内磁场的磁感应强度B的变化率；
（3）若螺线管内方向向左的磁场的磁感应强度的变化率（k>0）。将金属杆ab由静止释放，杆将向下运动。当杆的速度为v时，仍在向下做加速运动。求此时杆的加速度的大小。设导轨足够长。

如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放里在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L。 M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上．导轨和金属杆的电阻可忽略．让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑，经过足够长的时间后，金属杆达到最大速度v_m，在这个过程中，电阻R上产生的热量为Q．导轨和金属杆接触良好，它们之间的动摩擦因数为，且<tan。已知重力加速度为g。
(1)求磁感应强度的大小；
(2)金属杆在加速下滑过程中，当速度达到时，求此时杆的加速度大小；
(3)求金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中下降的高度．

一个直流电动机的内电阻，与R=8的电阻串联接在线圈上，如图所示。已知线圈面积为m²，共100匝，线圈的电阻为2欧，线圈在T的匀强磁场中绕O以转速n=600r/min匀速转动时，在合上开关S后电动机正常工作时，电压表的示数为100V，求电动机正常工作时的输出功率。

图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨，间距l为0.40m，电阻不计。导轨所在平面与磁感应强度B为0.50T的匀强磁场垂直。质量m为6.0×10^-3kg、电阻为1.0Ω的金属杆ab始终垂直于导轨，并与其保持光滑接触。导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为3.0Ω的电阻R₁。当杆ab达到稳定状态时以速率v匀速下滑，整个电路消耗的电功率P为0.27W，重力加速度取10m/s²，试求速率v和滑动变阻器接入电路部分的阻值R₂。