高考物理二轮复习 专题15 电磁感应力学综合题

1、电磁感应力学综合题 电磁感应中中学物理的一个重要“节点”，不少问题涉及到力和运动、动量和能量、电路和安培力等多方面的知识，综合性强，也是高考的重点和难点，往往是以“压轴题”形式出现因此，在二轮复习中，要综合运用前面各章知识处理问题，提高分析问题、解决问题的能力本学案以高考题入手，通过对例题分析探究，让学生感知高考命题的意图，剖析学生分析问题的思路，培养能力 例1.【2003年高考江苏卷】如右图所示，两根平行金属导端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离l=0.20 m有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt，比例系数k0.020 Ts一电阻不计的金属杆

2、可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直在t=0时刻，轨固定在水平桌面上，每根导轨每m的电阻为r00.10m，导轨的金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t6.0 s时金属杆所受的安培力 解题思路 以a示金属杆运动的加速度，在t时刻，金属杆与初始位置的距离Lat2 此时杆的速度vat 这时，杆与导轨构成的回路的面积S=Ll回路中的感应电动势ESBlv而 回路的总电阻 R2Lr0 回路中的感应电流， 作用于杆的安培力FBlI 解得代入数据为F1.44×10-3N例2 (2000年高考试题)如右上图所示，一对平行光滑R轨道放置在水平

3、地面上，两轨道间距L0.20 m，电阻R1.0 ；有一导体杆静止地放在轨道上，与两轨道垂直，杆与轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感强度B0.50T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下现用一外力F沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运动测得力F与时间t的关系如下图所示求杆的质量m和加速度a解析：导体杆在轨道上做匀加速直线运动，用v表示其速度，t表示时间，则有vat 杆切割磁感线，将产生感应电动势EBLv 在杆、轨道和电阻的闭合回路中产生电流I=E/R 杆受到的安培力为F安=IBL 根据牛顿第二定律，有FF安ma联立以上各式，得由图线上各点代入式，可解得a10m/s2，m0.1kg例3 (2003年

4、高考新课程理综)两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感强度B0.05T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计导轨间的距离l0.20 m两根质量均为m0.10 kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R0.50在t0时刻，两杆都处于静止状态现有一与导轨平行、大小为0.20 N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动经过t5.0s，金属杆甲的加速度为a1.37 ms，问此时两金属杆的速度各为多少?本题综合了法拉第电磁感应定律、安培力、左手定则、牛顿第二定律、动量定理、全电路欧姆定律等知识，考查考生多角度、全方位综合分析

5、问题的能力设任一时刻t，两金属杆甲、乙之间的距离为x，速度分别为vl和v2，经过很短的时间t，杆甲移动距离v1t，杆乙移动距离v2t，回路面积改变 S(x一2t)+1tll(1-2) t 由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势 EBS/tB(l一2) 回路中的电流 iE2 R 杆甲的运动方程 FBlima 由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反，所以两杆的动量(t0时为0)等于外力F的冲量 Ftmlm2 联立以上各式解得 1Ft/m2R(F一ma)B2l222Ftm一2R(F一ma)B2l22 代入数据得移l8.15 ms，v21.85 ms 练习1、如图l，ab和cd是位于水平

6、面内的平行金属轨道，其电阻可忽略不计af之间连接一阻值为R的电阻ef为一垂直于ab和cd的金属杆，它与ab和cd接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动ef长为l，电阻可忽略整个装置处在匀强磁场中，磁场方向垂直于图中纸面向里，磁感应强度为B，当施外力使杆ef以速度v向右匀速运动时，杆ef所受的安培力为( A ) 图1 图22、如图2所示·两条水平虚线之间有垂直于纸面向里、宽度为d、磁感应强度为B的匀强磁场质量为m、电阻为R的正方形线圈边长为L(L<d)，线圈下边缘到磁场上边界的距离为h将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时刻的速度都是v0在整个线圈穿过磁场的全过程中(从下

7、边缘进入磁场到上边缘穿出磁场)，下列说法中正确的是( D )A·线圈可能一直做匀速运动 B线圈可能先加速后减速C线圈的最小速度一定是mgRB2 L2D线圈的最小速度一定是 3、如图3所示，竖直放置的螺线管与导线abed构成回路，导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场，螺线管下方水平面桌面上有一导体圆环导线abcd所围区域内磁场的磁感强度按图1 511中哪一图线所表示的方式随时问变化时，导体圆环将受到向上的磁场力作用?( A )图3 A B C D4、如图4所示，磁感应强度的方向垂直于轨道平面倾斜向下，当磁场从零均匀增大时，金属杆ab始终处于静止状态，则金属杆受到的静摩擦力将(

8、 D ) A逐渐增大 B逐渐减小 C先逐渐增大，后逐渐减小 D先逐渐减小，后逐渐增大图45、如图所示，一闭合线圈从高处自由落下，穿过一个有界的水平方向的匀强磁场区(磁场方向与线圈平面垂直)，线圈的一个边始终与磁场区的边界平行，且保持竖直的状态不变在下落过程中，当线圈先后经过位置I、时，其加速度的大小分别为a1、a2、a3( B )A a1<g，a2=g，a3<g Bal<g，a2<g，a3<gC a1<g,a2=0,a3=g Da1<g，a2>g，a3<g 图5 图66、如图6所示，有两根和水平方向成a角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电

9、阻R，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感强度为B一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度Vm ,则( BC ) A如果B增大，Vm将变大 B如果a变大， Vm将变大 C如果R变大，Vm将变大 D如果M变小，Vm将变大7、超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具其推进原理可以简化为如图6所示的模型：在水平面上相距L的两根平行直导轨问，有竖直方向等距离分布的匀强磁场B1和B2，且B1=B2=B，每个磁场的宽都是，相间排列，所有这些磁场都以速度V向右匀速运动这时跨

10、在两导轨间的长为L、宽为的金属框abcd(悬浮在导轨上方)在磁场力作用下也将会向右运动设金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f，则金属框的最大速度可表示为( C ) 图7A、 B、 C、 D、8、水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为L，一端通过导线与阻值为R的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆(见图)，金属杆与导轨的电阻不计；均匀磁场竖直向下用与导轨平行的恒定力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动当改拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会改变，v和F的关系如图 (取重力加速度g=10ms 2)(1)金属杆在匀速运动之前做作什么运动?(2)若m0.5 kg，L0.5 m，R

11、0.5 ，磁感应强度B为多大?(3)由F图线的截距可求得什么物理量?其值为多少?解： (1)变速运动(或变加速运动、加速度减小的加速运动，加速运动)(2)感应电动势EvBL，感应电流I=E/R安培力由图可知金属杆受拉力、安培力和阻力作用，匀速时合力为零由图线可以得到直线的斜率k=2(3)由直线的截距可以求得金属杆受到的阻力f， f=2(N)若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力，由截距可求得动摩擦因数=0.49、如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置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磁感应

12、强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略·让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦 (1)由b向a方向看到的装置如图1 52所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图； (2)在加速下滑过程中，当杆ab的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小； (3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值解：(1)重力mg，竖直向下；支撑力N，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上(2)当ab杆速度为v时，感应电动势E=BLv，此时电路电流杆受到安培力根据牛顿运动定律，有： (3)当时，ab杆达到最大速度10如图所示，电阻不计的平行金属导轨MN和OP水平放置，MO间接有阻值为R的电阻，导轨相距为d，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感强度为B质量为m、电阻为r的导体棒CD垂直于导轨放置，并接触良好用平行于MN的恒力F向右拉动CD，CD受恒定的摩擦阻力f，已知F>f问： (1)CD运动的最大速度是多