高二物理之电磁感应综合题练习附复习资料.doc

电磁感应三十道新题(附答案)
　一．解答题（共30小题）
1．如图所示，MN和PQ是平行、光滑、间距L=0.1m、足够长且不计电阻的两根竖直固定金属杆，其最上端通过电阻R相连接，R=0.5Ω．R两端通过导线与平行板电容器连接，电容器上下两板距离d=lm．在R下方一定距离有方向相反、无缝对接的两个沿水平方向的匀强磁场区域I和Ⅱ，磁感应强度均为B=2T，其中区域I的高度差h1=3m，区域Ⅱ的高度差h2=lm．现将一阻值r=0.5Ω、长l=0．lm的金属棒a紧贴MN和PQ，从距离区域I上边缘h=5m处由静止释放；a进入区域I后即刻做匀速直线运动，在a进入区域I的同时，从紧贴电容器下板中心处由静止释放一带正电微粒A．微粒的比荷=20C/kg，重力加速度g=10m/s2．求
（1）金属棒a的质量M；
（2）在a穿越磁场的整个过程中，微粒发生的位移大小x；
（不考虑电容器充、放电对电路的影响及充、放电时间）

2．如图（甲）所示，MN、PQ为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距L为0.5m，导轨左端连接一个阻值为2Ω的定值电阻R，将一根质量为0.2kg的金属棒cd垂直放置在导轨上，且与导轨接触良好，金属棒cd的电阻r=2Ω，导轨电阻不计，整个装置处于垂直导轨平面向下的匀强磁场中，磁感应强度B=2T．若棒以1m/s的初速度向右运动，同时对棒施加水平向右的拉力F作用，并保持拉力的功率恒为4W，从此时开始计时，经过2s金属棒的速度稳定不变，图（乙）为安培力与时间的关系图象．试求：

（1）金属棒的最大速度；
（2）金属棒的速度为3m/s时的加速度；
（3）求从开始计时起2s内电阻R上产生的电热．

3．如图（甲）所示的轮轴，它可以绕垂直于纸面的光滑固定水平轴O转动．轮上绕有轻质柔软细线，线的一端系一重物，另一端系一质量为m的金属杆．在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PQ、EF，在QF之间连接有阻值为R的电阻，其余电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场与导轨平面垂直．开始时金属杆置于导轨下端，将质量为M的重物由静止释放，重物最终能匀速下降．运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好，忽略所有摩擦．
（1）重物匀速下降的速度ν的大小是多少？
（2）对一定的磁感应强度B，重物的质量M取不同的值，测出相应的重物做匀速运动时的速度，可得 出v﹣M实验图线．图（乙）中 画出了磁感应强度分别为B1和B2时的两条实验图线，试根据实验结果计算B1和B2的比值．
（3）若M从静止到匀速的过程中下降的高度为h，求这一过程中R上产生的焦耳热．

4．如图，电阻不计且足够长的U型金属框架放置在倾角θ=37°的绝缘斜面上，该装置处于垂直斜面向下的匀强磁场中，磁感应强度大小B=0.5T．质量m=0.1kg、电阻R=0.4Ω的导体棒ab垂直放在框架上，从静止开始沿框架无摩擦下滑，与框架接触良好．框架的质量M=0.2kg、宽度l=0.4m，框架与斜面间的动摩擦因数μ=0.6，与斜面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8．
（1）若框架固定，求导体棒的最大速度vm；
（2）若框架固定，棒从静止开始下滑5.75m时速度v=5m/s，求此过程回路中产生的热量Q及流过ab棒的电量q；
（3）若框架不固定，求当框架刚开始运动时棒的速度v1．

5．如图所示，竖直平面被分为足够长的I、II两个区域，这两个区域有垂直于竖直平面向里的匀强磁场，磁感应强度均为B．I区固定有竖直放置的平行金属薄板K、K′，极板间距离为d．II区用绝缘装置竖直固定两根电阻可忽略的金属导轨，导轨间距离为l，且接有阻值为R的电阻，导轨与金属板用导线相连．电阻为r、长为l的导体棒与导轨接触良好，在外力作用下沿导轨匀速向上运动．一电荷量为q、质量为m的带负电的小球从靠近金属板K的A处射入I区，射入时速度在竖直平面内且与K板夹角为45°，在板间恰能做直线运动．（重力加速度为g）
（1）求导体棒运动的速度v1；
（2）若只撤去I区磁场，其它条件不变，要使小球刚好到达K′板上正对A的位置A′，极板间距离d应满足什么条件？

6．如图所示，两根水平的金属光滑平行导轨，其末端连接等高光滑的圆弧，其轨道半径为r、圆弧段在图中的cd和ab之间，导轨的间距为L，轨道的电阻不计．在轨道的顶端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B．现有一根长度稍大于L、电阻不计，质量为m的金属棒，从轨道的水平位置ef开始在拉力作用下，从静止匀加速运动到cd的时间为t0，调节拉力使金属棒接着沿圆弧做匀速圆周运动至ab处，已知金属棒在ef和cd之间运动时的拉力随时间图象如图（其中图象中的F0、t0为已知量），求：

（1）金属棒做匀加速的加速度；
（2）金属棒从cd沿圆弧做匀速圆周运动至ab的过程中，拉力做的功．

7．如图所示，水平面上两平行光滑金属导轨间距为L，左端用导线连接阻值为R的电阻．在间距为d的虚线MN、PQ之间，存在方向垂直导轨平面向下的磁场，磁感应强度大小只随着与MN的距离变化而变化．质量为m、电阻为r的导体棒ab垂直导轨放置，在大小为F的水平恒力作用下由静止开始向右运动，到达虚线MN时的速度为v0．此后恰能以加速度a在磁场中做匀加速运动．导轨电阻不计，始终与导体棒电接触良好．求：
（1）导体棒开始运动的位置到MN的距离x；
（2）磁场左边缘MN处的磁感应强度大小B；
（3）导体棒通过磁场区域过程中，电阻R上产生的焦耳热QR．

8．如图所示，MN、PQ为竖直放置的两根足够长平行光滑导轨，相距为d=0.5m，M、P之间连一个R=1.5Ω的电阻，导轨间有一根质量为m=0.2kg，电阻为r=0.5Ω的导体棒EF，导体棒EF可以沿着导轨自由滑动，滑动过程中始终保持水平且跟两根导轨接触良好．整个装置的下半部分处于水平方向且与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B=2T．取重力加速度g=10m/s2，导轨电阻不计．
（1）若导体棒EF从磁场上方某处沿导轨下滑，进入匀强磁场时速度为v=2m/s，
a．求此时通过电阻R的电流大小和方向；
b．求此时导体棒EF的加速度大小；
（2）若导体棒EF从磁场上方某处由静止沿导轨自由下滑，进入匀强磁场后恰好做匀速直线运动，求导体棒EF开始下滑时离磁场的距离．

9．如图甲所示，一对光滑的平行导轨（电阻不计）固定在同一水平面，导轨足够长且间距L=0.5m，左端接有阻值为R=4Ω的电阻，一质量为m=1kg长度也为L的金属棒MN放置在导轨上，金属棒MN的电阻r=1Ω，整个装置置于方向竖直向上的匀强磁场中，金属棒在水平向右的外力F的作用下由静止开始运动，拉力F与金属棒的速率的倒数关系如图乙．求：
（1）v=5m/s时拉力的功率；
（2）匀强磁场的磁感应强度；
（3）若经过时间t=4s金属棒达到最大速度，则在这段时间内电阻R产生的热量为多大？

10．如图所示，光滑的长直金属导轨MN，PQ平行固定在同一水平面上，在虚线ab的右侧有垂直于导轨竖直向下的匀强磁场，导轨的间距为L=0.1m，导轨的电阻不计，M，P端接有一阻值为R=0.1Ω的电阻，一质量为m=0.1kg、电阻不计的金属棒EF放置在虚线ab的左侧，现用F=0.5N的水平向右的恒力从静止开始拉金属棒，运动过程中金属棒始终与导轨垂直且接触良好，经过t=2s金属棒进入磁场区域，求：
（1）若匀强磁场感应强度大小为B=0.5T，则金属棒刚进入磁场时通过R的电流大小及方向．
（2）若水平恒力的最大功率为10W，则磁感应强度应为多大．

11．如图甲所示，两根相距L，电阻不计的平行光滑金属导轨水平放置，一端与阻值为R的电阻相连．导轨间x＞0一侧存在沿x方向均匀变化且与导轨平面垂直的磁场，磁感应强度B随x变化如图乙所示．一根质量为m、电阻为r的金属棒置于导轨上，并与导轨垂直．棒在外力作用下从x=0处以速度v0向右做匀速运动．求：
（1）金属棒运动到x=x0处时，回路中的感应电流；
（2）金属棒从x=0运动到x=x0的过程中，通过R的电荷量．

12．（1）如图1所以，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面，在纸面内有一条以O点为圆心、半径为L圆弧形金属导轨，长也为L的导体棒OA可绕O点自由转动，导体棒的另一端与金属导轨良好接触，并通过导线与电阻R构成闭合电路．当导体棒以角速度ω匀速转动时，试根据法拉第电磁感应定律E=，证明导体棒产生的感应电动势为E=BωL2．
（2）某同学看到有些玩具车在前进时车轮上能发光，受此启发，他设计了一种带有闪烁灯的自行车后轮，可以增强夜间骑车的安全性．图1所示为自行车后车轮，其金属轮轴半径可以忽略，金属车轮半径r=0.4m，其间由绝缘辐条连接（绝缘辐条未画出）．车轮与轮轴之间均匀地连接有4根金属条，每根金属条中间都串接一个LED灯，灯可视为纯电阻，每个灯的阻值为R=0.3Ω并保持不变．车轮边的车架上固定有磁铁，在车轮与轮轴之间形成了磁感应强度B=0.5T，方向垂直于纸面向外的扇形匀强磁场区域，扇形对应的圆心角θ=30°．自行车匀速前进的速度为v=8m/s（等于车轮边缘相对轴的线速度）．不计其它电阻和车轮厚度，并忽略磁场边缘效应．
①在图1所示装置中，当其中一根金属条ab进入磁场时，指出ab上感应电流的方向，并求ab中感应电流的大小；
②若自行车以速度为v=8m/s匀速前进时，车轮受到的总摩擦阻力为2.0N，则后车轮转动一周，动力所做的功为多少？（忽略空气阻力，π≈3.0）

13．如图所示，无限长金属导轨EF、PQ固定在倾角为θ=53°的光滑绝缘斜面上，轨道间距L=1m，底部接入一阻值为R=0.4Ω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B=2T．一质量为m=0.5kg的金属棒ab与导轨接触良好，ab与导轨间动摩擦因数μ=0.2，ab连入导轨间的电阻r=0.1Ω，电路中其余电阻不计．现用一质量为M=2.86kg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h=2.0m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，sin53°=0.8，cos53°=0.6，取g=10m/s2．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．

14．如图甲所示，在磁感应强度为B的水平匀强磁场中，有两根竖直放置相距为L平行光滑的金属导轨，顶端用一阻直为尺的电阻相连，两导轨所在的竖直平面与磁场方向垂直．一根质量为m的金属棒从静止开始沿导轨竖直向下运动，当金属棒下落龙时，速度达到最大，整个过程中金属棒与导轨保持垂直且接触良好．重力加速度为g，导轨与金属棒的电阻可忽略不计，设导轨足够长．求：
（l）通过电阻R的最大电流；
（2）从开始到速度最大过程中，金属棒克服安培力做的功WA；
（3）若用电容为C的平行板电容器代替电阻R，如图乙所示，仍将金属棒从静止释放，经历时间t的瞬时速度v1．

15．如图所示，两根光滑的平行金属导轨MN、PQ处于同一水平面内，相距L=0.5m，导轨的左端用R=3Ω的电阻相连，导轨电阻不计，导轨上跨接一电阻r=1Ω的金属杆ab，质量m=0.2kg，整个装置放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=2T，现对杆施加水平向右的拉力F=2N，使它由静止开始运动，求：
（1）杆能达到的最大速度多大？
（2）若已知杆从静止开始运动至最大速度的过程中，R上总共产生了10.2J的电热，则此过程中金属杆ab的位移多大？
（3）接（2）问，此过程中流过电阻R的电量？经历的时间？

16．如图所示，在倾角为θ的斜面上固定两条间距为l的光滑导轨MN、PQ，导轨电阻不计，并且处于垂直斜面向上的匀强磁场中．在导轨上放置一质量为m、电阻为R的金属棒ab，并对其施加一平行斜面向上的恒定的作用力，使其匀加速向上运动．某时刻在导轨上再静止放置质量为2m，电阻为2R的金属棒cd，恰好能在导轨上保持静止，且金属棒ab同时由加速运动变为匀速运动，速度为v．求：
（1）匀强磁场的磁感应强度B的大小；
（2）平行斜面向上的恒定作用力F的大小及金属棒ab做加速运动时的加速度大小．

17．如图所示，表面绝缘、倾角θ=37°的粗糙斜面固定在水平地面上，斜面的顶端固定有弹性挡板，挡板垂直于斜面，并与斜面底边平行．斜面所在空间有一宽度L=0.4m的匀强磁场区域，其边界与斜面底边平行，磁场方向垂直斜面向上，磁场上边界到挡板的距离s=m，一个质量m=0.2kg、总电阻R=2.5Ω的单匝正方形闭合金属框abcd，其边长L=0.4m，放在斜面的底端，其中ab边与斜面底边重合．线框在垂直cd边沿斜面向上大小恒定的拉力F作用下，从静止开始运动，经t=0.5s线框的cd边到达磁场的下边界，此时线框的速度v1=3m/s，此后线框匀速通过磁场区域，当线框ab的边离开磁场区域时撤去拉力，线框继续向上运动，并与挡板发生碰撞，碰后线框等速反弹．已知线框在整个运动过程中始终未脱离斜面，且保持ab边与斜面底边平行，线框与斜面之间的动摩擦因数μ=，重力加速度g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8求：
（1）线框受到的恒定拉力F的大小；
（2）匀强磁场的磁感应强度B的大小；
（3）若线框向下运动过程中最后静止在磁场中的某位置，求线框在斜面上运动的整个过程中产生的焦耳热Q．

18．如图所示，质量为M=2kg的足够长的U型金属框架abcd，放在光滑绝缘水平面上，导轨ab边宽度L=1m．电阻不计的导体棒PQ，质量m=1kg，平行于ab边放置在导轨上，并始终与导轨接触良好，棒与导轨间动摩擦因数μ=0.5，棒左右两侧各有两个固定于水平面上的光滑立柱．开始时PQ左侧导轨的总电阻R=1Ω，右侧导轨单位长度的电阻为r0=0.5Ω/m．以ef为界，分为左右两个区域，最初aefb构成一正方形，g取10m/s2．
（1）如果从t=0时，在ef左侧施加B=kt（k=2T/s），竖直向上均匀增大的匀强磁场，如图甲所示，多久后金属框架会发生移动（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）．
（2）如果ef左右两侧同时存在B=1T的匀强磁场，方向分别为竖直向上和水平向左，如图乙所示．从t=0时，对框架施加一垂直ab边的水平向左拉力，使框架以a=0.5m/s2向左匀加速运动，求t=2s时拉力F多大
（3）在第（2）问过程中，整个回路产生的焦耳热为Q=0.6J，求拉力在这一过程中做的功．

19．如图所示，U型金属框架质量m2=0.2kg，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数μ=0.2，MM′、NN′相互平行且相距0.4m，电阻不计，且足够长，MN段垂直于MM′，电阻R2=0.1Ω．光滑导体棒ab垂直横放在U型金属框架上，其质量m1=0.1kg、电阻R1=0.3Ω、长度l=0.4m．整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.5T．现垂直于ab棒施加F=2N的水平恒力，使ab棒从静止开始运动，且始终与MM′、NN′保持良好接触，当ab棒运动到某处时，框架开始运动．设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2．
（1）求框架刚开始运动时ab棒速度v的大小；
（2）从ab棒开始运动到框架刚开始运动的过程中，MN上产生的热量Q=0.1J．求该过程ab棒位移x的大小．

20．如图所示，两根半径为r光滑的圆弧轨道间距为L，电阻不计，在其上端连有一阻值为R0的电阻，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B．现有一根长度稍大于L、质量为m、电阻为R的金属棒从轨道的顶端PQ处开始下滑，到达轨道底端MN时对轨道的压力为2mg，求：
（1）棒到达最低点时电阻R0两端的电压；
（2）棒下滑过程中R0产生的焦耳热；
（3）棒下滑过程中通过R0的电量．

21．如图所示，足够长的光滑U形导体框架的宽度L=0.40m，电阻忽略不计，其所在平面与水平面所成的角α=37°，磁感应强度B=1.0T的匀强磁场方向垂直于框平面．一根质量为m=0.20kg、有效电阻R=1.0Ω的导体棒MN垂直跨放在U形框架上，导体棒从静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动时，通过导体棒截面电量共为Q=2.0C．（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2）求：
（1）导体棒的最大加速度和最大电流强度的大小和方向？
（2）导体棒在0.2s内在框架所夹部分可能扫过的最大面积？
（3 ）导体棒从开始下滑到刚开始匀速运动这一过程中，导体棒的有效电阻消耗的电功？

22．如图所示，倾角为α的光滑固定斜面，斜面上相隔为d的平行虚线MN与PQ间有大小为B的匀强磁场，方向垂直斜面向下．一质量为m，电阻为R，边长为L的正方形单匝纯电阻金属线圈，线圈在沿斜面向上的恒力作用下，以速度v匀速进入磁场，线圈ab边刚进入磁场和cd边刚要离开磁场时，ab边两端的电压相等．已知磁场的宽度d大于线圈的边长L，重力加速度为g．求
（1）线圈进入磁场的过程中，通过ab边的电量q；
（2）恒力F的大小；
（3）线圈通过磁场的过程中，ab边产生的热量Q．

23．如图所示，由粗细均匀、同种金属导线构成的正方形线框abcd放在光滑的水平桌面上，线框边长为L，其中ab段的电阻为R．在宽度也为L的区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的方向竖直向下．线框在水平拉力的作用下以恒定的速度v通过匀强磁场区域，线框始终与磁场方向垂直且无转动．求：
（1）在线框的cd边刚进入磁场时，bc边两端的电压Ubc；
（2）为维持线框匀速运动，水平拉力的大小F；
（3）在线框通过磁场的整个过程中，bc边金属导线上产生的热量Qbc．

24．如图甲所示，两条不光滑平行金属导轨倾斜固定放置，倾角θ=37°，间距d=1m，电阻r=2Ω的金属杆与导轨垂直连接，导轨下端接灯泡L，规格为“4V，4W”，在导轨内有宽为l、长为d的矩形区域abcd，矩形区域内有垂直导轨平面均匀分布的磁场，各点的磁感应强度B大小始终相等，B随时间t变化如图乙所示．
在t=0时，金属杆从PQ位置静止释放，向下运动直到cd位置的过程中，灯泡一直处于正常发光状态．不计两导轨电阻，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g=10m/s2．求：
（1）金属杆的质量m；
（2）0～3s内金属杆损失的机械能△E．

25．如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.30m．导轨电阻忽略不计，其间接有固定电阻R=0.40Ω．导轨上停放一质量为m=0.10kg、电阻r=30Ω的金属杆ab，整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下．利用一外力F沿水平方向拉金属杆ab，使之由静止开始做匀加速直线运动，电压传感器可将R两端的电压U即时采集并输入电脑，并获得U随时间t的关系如图乙所示．求：
（1）金属杆加速度的大小；
（2）第2s末外力的瞬时功率．

26．如图所示，平行光滑金属导轨OD、AC固定在水平的xoy直角坐标系内，OD与x轴重合，间距L=0.5m．在AD间接一R=20Ω的电阻，将阻值为r=50Ω、质量为2kg的导体棒横放在导轨上，且与y轴重合，导轨所在区域有方向竖直向下的磁场，磁感应强度B随横坐标x的变化关系为B=T．现用沿x轴正向的水平力拉导体棒，使其沿x轴正向以2m/s2的加速度做匀加速直线运动，不计导轨电阻，求：
（1）t时刻电阻R两端的电压；
（2）拉力随时间的变化关系．

27．如图所示，两足够长平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为L导轨平面与水平面夹角为a导轨电阻不计．磁感应强度为B的匀强磁场垂直导轨平面斜向上，长为L的金属棒ab垂直于MN、PQ放置在导轨上，且始终与导轨接 触良好，金属棒的质量为m 电阻为R．两金属导轨的上端连 接右侧电路，电路中R2为一电 阻箱，已知灯泡的电阻RL=4R，定值电阻R1=2R，调节电阻箱使R2=12R，重力加速度为g，闭合开关S，现将金属棒由静止释放，求：
（1）金属棒下滑的最大速度vm的大小；
（2）当金属棒下滑距离为so时速度恰好达到最大，则金属棒由静止开始下滑2so的过程中，整个电路产生的电热．

28．如图所示，两根竖直固定的足够长的金属导轨ab和cd相距L=0.2m，另外两根水平金属杆MN和PQ的质量均为m=10kg，可沿导轨无摩擦地滑动，MN杆和PQ杆的电阻均为R=0.2Ω（竖直金属导轨电阻不计），PQ杆放置在水平绝缘平台上，整个装置处于垂直导轨平面向里的磁场中，g取10m/s2
（1）若将PQ杆固定，让MN杆在竖直向上的恒定拉力F=0.18N的作用下由静止开始向上运动，磁感应强度Bo=1.0T，杆MN的最大速度为多少？
（2）若将MN杆固定，MN和PQ的间距为d=0.4m，现使磁感应强度从零开始以=0.5T/s的变化率均匀地增大，经过多长时间，杆PQ对地面的压力为零？

29．如图所示，有一足够长的光滑平行金属导轨，电阻不计，间距L=0.5m，导轨沿与水平方向成θ=30°倾斜放置，底部连接有一个阻值为R=3Ω的电阻．现将一根长也为L=0.5m质量为m=0.2kg、电阻r=2Ω的均匀金属棒，自轨道顶部静止释放后沿轨道自由滑下，下滑中均保持与轨道垂直并接触良好，经一段距离后进入一垂直轨道平面的匀强磁场中，如图所示．磁场上部有边界OP，下部无边界，磁感应强度B=2T．金属棒进入磁场后又运动了一段距离便开始做匀速直线运动，在做匀速直线运动之前这段时间内，金属棒上产生了Qr=2.4J的热量，且通过电阻R上的电荷量为q=0.6C，取g=10m/s2．求：
（1）金属棒匀速运动时的速v0；
（2）金属棒进入磁场后，当速度v=6m/s时，其加速度a的大小及方向；
（3）磁场的上部边界OP距导轨顶部的距离S．

30．如图所示，光滑水平轨道MN、PQ和光滑倾斜轨道NF、在、N点连接，倾斜轨道倾角为θ，轨道间距均为L．水平轨道间连接着阻值为R的电阻，质量分别为M、m，电阻分别为R、r的导体棒a、b分别放在两组轨道上，导体棒均与轨道垂直，a导体棒与水平放置的轻质弹簧通过绝缘装置连接，弹簧另一端固定在竖直墙壁上．水平轨道所在的空间区域存在竖直向上的匀强磁场，倾斜轨道空间区域存在垂直轨道平面向上的匀强磁场，该磁场区域仅分布在QN和EF所间的区域内，QN、EF距离为d，两个区域内的磁感应强度分别为B1、B2，以QN为分界线且互不影响．现在用一外力F将导体棒a向右拉至某一位置处，然后把导体棒b从紧靠分界线QN处由静止释放，导体棒b在出磁场边界EF前已达最大速度．当导体棒b在磁场中运动达稳定状态，撤去作用在a棒上的外力后发现a棒仍能静止一段时间，然后又来回运动并最终停下来．
求：（1）导体棒b在倾斜轨道上的最大速度
（2）撤去外力后，弹簧弹力的最大值
（3）如果两个区域内的磁感应强度B1=B2且导体棒电阻R=r，从b棒开始运动到a棒最终静止的整个过程中，电阻R上产生的热量为Q，求弹簧最初的弹性势能．

参考答案与试题解析
　一．解答题（共30小题）
1．考点：
导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化．
专题：
电磁感应——功能问题．
分析：
（1）根据平衡条件列方程求金属棒的质量；
（2）根据欧姆定律求出两板间的电压，进而得到场强，根据牛顿第二定律和运动学公式求微粒发生的位移大小．
解答：
解：（1）a下滑h的过程中，由运动学规律有：v2=2gh
代入数据解得：v=10m/s
a进入磁场Ⅰ后，由平衡条件有：BIL=Mg
感应电动势为：E=BLv=2V
感应电流为：I==2A
解得：M=0.04kg
（2）因磁场I、Ⅱ的磁感应强度大小相同，故a在磁场Ⅱ中也做匀速运动，a匀速穿过磁场中的整个过程中，电容器两板间的电压为：U==1V
场强为：E′==1V/m
a穿越磁场I的过程中经历时间为：t1==0.3s
此过程下板电势高，加速度为：a1==10m/s2，方向竖直向上
末速度为：v1=a1t1=3m/s
向上位移为：x1=a1t12=0.45m
a穿越磁场Ⅱ的过程中经历时间为：t2==0.1s
此过程中上板电势高，加速度为：a2==30m/s2，方向竖直向下
末速度v2=v1﹣a2t2=0，故微粒运动方向始终未变
向上位移为：x2=v1t2﹣a2t22=0.15m
得：x=x1+x2=0.45+0.15=0.60m
答：（1）金属棒a的质量M为0.04kg；
（2）在a穿越磁场的整个过程中，微粒发生的位移大小x为0.6m．
点评：
本题是电磁感应与电路、力学知识的综合，与电路联系的关键点是感应电动势，与力学联系的关键点是静电力．

2．考点：
导体切割磁感线时的感应电动势；牛顿第二定律；电磁感应中的能量转化．
专题：
电磁感应——功能问题．
分析：
（1）当金属棒所受的合力为零，即安培力等于拉力时，速度最大，根据功率与拉力的关系，结合闭合电路欧姆定律和切割产生的感应电动势求出最大速度．
（2）求出速度为3m/s时的拉力大小，产生的感应电动势大小，根据闭合电路欧姆定律求出感应电流大小，从而求出安培力大小，根据牛顿第二定律求出加速度的大小．
（3）根据动能定理求出整个过程中安培力做的功，结合克服安培力做功等于整个回路产生的热量，通过外阻和内阻的关系求出电阻R上产生的电热．
解答：
解：（1）金属棒速度最大时，所受合外力为零，即BIL=F．
而P=Fvm，I=，
解出m/s=4m/s．
（2）速度为3m/s时，感应电动势E=BLv=2×0.5×3V=3V．
电流I=，F安=BIL
金属棒受到的拉力F=
根据牛顿第二定律F﹣F安=ma
解得a=．
（3）在此过程中，由动能定理得，

W安=﹣6.5J
则．
答：（1）金属棒的最大速度为4m/s．
（2）金属棒的速度为3m/s时的加速度为．
（3）从开始计时起2s内电阻R上产生的电热为3.25J．
点评：
本题综合考查了牛顿第二定律、动能定理、功能关系等知识，综合性较强，对学生能力的要求较高，是一道好题．

3．考点：
导体切割磁感线时的感应电动势；焦耳定律．
专题：
电磁感应与电路结合．
分析：
（1）重物匀速下降时，金属杆匀速上升，合力为零．分析金属杆的受力情况，由F=BIL、、E=BLv结合推导出安培力的表达式，即可由平衡条件求出重物匀速下降的速度v；
（2）根据第1题v的表达式，分析v﹣M图象的斜率，结合图象求出斜率，即可得到B1和B2的比值．
（2）若M从静止到匀速的过程中下降高度h的过程中，M的重力势能减小转化为m的重力势能、系统的动能和内能，根据能量守恒定律求解R上产生的焦耳热．
解答：
解：（1）金属杆达到匀速运动时，受绳子拉力F、金属杆的重力mg、向下的安培力FA．
则：F=FA+mg…①
其中F=Mg…②
又对金属杆有：安培力FA=BIL，感应电流，感应电动势E=BLv
则得：FA=…③
所以由①②③得：…④
（2）由④式可得v﹣M的函数关系式为：

结合图线可知，斜率
所以m•s﹣1/kg=1.6m•s﹣1/kg
=m•s﹣1/kg=0.9m•s﹣1/kg
故：
（3）由能量关系，可得R上产生的焦耳热为：
Q=（M﹣m）gh﹣（M+m）v2
将v代入可得：Q=（M﹣m）g[h﹣]
答：（1）重物匀速下降的速度v的大小是；
（2）B1和B2的比值为3：4；
（3）这一过程中R上产生的焦耳热为（M﹣m）g[h﹣]．
点评：
本题中运用F=BIL、、E=BLv推导安培力的表达式是求解的关键步骤，再运用数学知识分析图象的斜率，得到B1和B2的比值，中等难度．
4．考点：
导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化．
专题：
电磁感应——功能问题．
分析：
（1）若框架固定，导体棒匀速下滑时速度最大，根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律、安培力公式和平衡条件结合求解最大速度vm；
（2）根据能量转化和守恒定律求解热量Q．由法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电流的定义式结合求解电量q．
（3）当框架刚开始运动时所受的静摩擦力达到最大，由平衡条件求解回路中电流，再由法拉第电磁感应定律、欧姆定律结合求解．
解答：
解：（1）棒ab产生的电动势为：E=Blv
回路中感应电流为：
棒ab所受的安培力为：F=BIl
对棒ab有：mgsin37°﹣BIl=ma
当加速度a=0时，速度最大，速度的最大值为：
m/s
（2）根据能量转化和守恒定律有：

代入数据解得：Q=2.2J
电量为：C
（3）回路中感应电流为：
框架上边所受安培力为：F1=BI1l
对框架有：Mgsin37°+BI1l=μ（m+M）gcos37°
代入数据解得：v1=2.4m/s
答：（1）若框架固定，导体棒的最大速度vm是6m/s．
（2）此过程回路中产生的热量Q是22J，流过ab棒的电量q是2.875C；
（3）若框架不固定，当框架刚开始运动时棒的速度v1是4m/s．
点评：
本题是电磁感应中的力学问题，要明确安培是电磁感应与力联系的桥梁，这种类问题在于安培力的分析和计算．同时要明确物体刚好运动的临界条件：静摩擦力达最大值．
　5．考点：
导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化．
专题：
电磁感应——功能问题．
分析：
（1）带负电的小球在板间恰能做直线运动，由于洛伦兹力与速度成正比，可知小球必定做匀速直线运动，分析其受力情况，由平衡条件和法拉第电磁感应定律、欧姆定律结合求解．
（2）若只撤去I区磁场，小球在电场力和重力的作用下做类平抛运动，运用运动的分解法，由牛顿第二定律和运动学公式结合解答．
解答：
解：（1）由题分析知小球在板间做匀速直线运动，受力分析如图所示．

有qE=mg
设竖直两板的电压为U．
根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律有：
Blv1=（R+r）
另有U=Ed
解得 v1=
（2）撤去I区磁场，对小球进行受力分析，可知小球做类平抛运动．
设从A到A'的时间为t，加速度为a．
在合外力方向上，有 =
初速度v2方向上，有 =v2t
根据上题得 F合=Bqv2=mg
由牛顿第二定律，有 F合=ma
解得 d=
答：
（1）导体棒运动的速度v1为．
（2）要使小球刚好到达K′板上正对A的位置A′，极板间距离d应满足的条件是d=．

点评：
解决本题的关键要正确分析小球的受力情况和运动情况，熟练运用运动的分解法处理类平抛运动．

6．考点：
导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化．
专题：
电磁感应——功能问题．
分析：
（1）根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律写出F随速度的变化的公式，然后结合牛顿第二定律即可求出加速度．
（2）金属棒做匀速圆周运动，回路中产生正弦式交变电流，感应电动势的最大值为Em=BLv0，有效值为E=Em，根据焦耳定律Q=求出求解金属棒产生的热量．再根据功能关系求拉力做功．
解答：
解：（1）设棒到达cd的速度为v，产生的电动势：E=BLv；
感应电流：
棒受到的安培力：
棒受到拉力与安培力的作用，产生的加速度：ma=F0﹣F安
所以：
（2）金属棒做匀速圆周运动，当棒与圆心的连线与竖直方向之间的夹角是θ时，沿水平方向的分速度：
v水平=v•cosθ
棒产生的电动势：E′=BLv水平=BLvcosθ
回路中产生正弦式交变电流，可得产生的感应电动势的最大值为Em=BLv，有效值为E有效=，
棒从cd到ab的时间：
根据焦耳定律Q==．
设拉力做的功为WF，由功能关系有 WF﹣mgr=Q
得：．
答：（1）金属棒做匀加速的加速度是；
（2）金属棒从cd沿圆弧做匀速圆周运动至ab的过程中，拉力做的功是
点评：
解决本题的关键是判断出回路中产生的是正弦式交变电流，相当于线圈在磁场中转动时单边切割磁感线，要用有效值求解热量．

7．考点：
导体切割磁感线时的感应电动势．
专题：
电磁感应与电路结合．
分析：
（1）导体在磁场外，只有F做功，由动能定理求解x．
（2）已知导体棒进入后以加速度a在磁场中做匀加速运动．由法拉第定律、欧姆定律和安培力公式推导出安培力，再由牛顿第二定律求解B．
（3）由牛顿第二定律得到安培力，由于安培力不变，根据克服安培力做功等于回路中产生的焦耳热求解．
解答：
解：（1）导体棒在磁场外，由动能定理有：
解得：
（2）导体棒刚进磁场时产生的电动势为：E=BLv0
由闭合电路欧姆定律有：
又：F安=ILB
可得：F安=
由牛顿第二定律有：F﹣F安=ma
解得：
（3）导体棒穿过磁场过程，由牛顿第二定律有：
F﹣F安=ma
可得 F安=F﹣ma，F、a、m恒定，则安培力 F安恒定，则导体棒克服安培力做功为：
W=F安d
电路中产生的焦耳热为：Q=W
电阻R上产生的焦耳热为：

解得：
答：（1）导体棒开始运动的位置到MN的距离x是；
（2）磁场左边缘MN处的磁感应强度大小B是；
（3）导体棒通过磁场区域过程中，电阻R上产生的焦耳热QR是（F﹣ma）．
点评：
本题是电磁感应中的力学问题，要根据导体棒的运动情况，恰当选择力学的方法解答．

8．考点：
导体切割磁感线时的感应电动势．
专题：
电磁感应与电路结合．
分析：
（1）a、由公式E=Bdv求感应电动势，由闭合电路欧姆定律求感应电流的大小，由右手定则判断感应电流的方向．b、由公式F=BdI求出棒所受的安培力，再由牛顿第二定律求加速度．
（2）由平衡条件和安培力与速度的关系式，求出匀速运动的速度，再由自由落体运动的规律求解．
解答：
解：（1）a．导体棒EF产生的感应电动势：E=Bdv
由闭合电路欧姆定律，得：I===1A
方向：由P指向M
b．导体棒所受安培力：F=BId
由牛顿第二定律：mg﹣F=ma
可得 a=g﹣
代入数据解得 a=5m/s2
（2）导体棒匀速运动时，有：mg=BId
又 I==
则得匀速运动的速率为 v=
代入解得 v=4m/s
由自由落体公式：v2=2gh
则得 h==0.8m．
答：
（1）a．此时通过电阻R的电流大小1A为，方向由P指向M；b．此时导体棒EF的加速度大小为5m/s2．
（2）导体棒E