电磁感应计算题集

电磁感应最新计算题集1.如图15（a）所示，一端封闭的两条平行光滑导轨相距L，距左端L处的中间一段被弯成半径为H的1/4圆弧，导轨左右两段处于高度相差H的水平面上。圆弧导轨所在区域无磁场，右段区域存在磁场B0，左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场B（t），如图15（b）所示，两磁场方向均竖直向上。在圆弧顶端，放置一质量为m的金属棒ab，与导轨左段形成闭合回路，从金属棒下滑开始计时，经过时间t0滑到圆弧顶端。设金属棒在回路中的电阻为R，导轨电阻不计，重力加速度为g。问金属棒在圆弧内滑动时，回路中感应电流的大小和方向是否发生改变？为什么？求0到时间t0内，回路中感应电流产生的焦耳热量。探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间，回路中感应电流的大小和方向。t/s15105024v(m/s)图乙2.如图甲所示,两根足够长的平行光滑金属导轨固定放置在水平面上，间距L0.2m，一端通过导线与阻值为R=1的电阻连接；导轨上放一质量为m0.5kg的金属杆，金属杆与导轨的电阻均忽略不计.整个装置处于竖直向上的大小为B0.5T的匀强磁场中.现用与导轨平行的拉力F作用在金属杆上，金属杆运动的v-t图象如图乙所示.（取重力加速度g=10m/s2）求：（1）t10s时拉力的大小及电路的发热功率.FRB图甲（2）在010s内，通过电阻R上的电量.3.如图所示，AB和CD是足够长的平行光滑导轨，其间距为l，导轨平面与水平面的夹角为。整个装置处在磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面且向上的匀强磁场中。AC端连有阻值为R的电阻。若将一质量为M、垂直于导轨的金属棒EF在距BD端s处由静止释放，则棒滑至底端前会有加速和匀速两个运动阶段。现用大小为F、方向沿斜面向上的恒力把金属棒EF从BD位置由静止推至距BD端s处，此时撤去该力，金属棒EF最后又回到BD端。求：ABDCEFBsR（1）金属棒下滑过程中的最大速度。（2）金属棒棒自BD端出发又回到BD端的整个过程中，有多少电能转化成了内能（金属棒及导轨的电阻不计）?4.如图（A）所示，固定于水平桌面上的金属架cdef，处在一竖直向下的匀强磁场中，磁感强度的大小为B0，金属棒ab搁在框架上，可无摩擦地滑动，此时adeb构成一个边长为l的正方形，金属棒的电阻为r，其余部分的电阻不计。从t=0的时刻起，磁场开始均匀增加，磁感强度变化率的大小为k（k=）。求：1用垂直于金属棒的水平拉力F使金属棒保持静止，写出F的大小随时间t变化的关系式。2如果竖直向下的磁场是非均匀增大的（即k不是常数），金属棒以速度v0向什么方向匀速运动时，可使金属棒中始终不产生感应电流，写出该磁感强度Bt随时间t变化的关系式。3如果非均匀变化磁场在0t1时间内的方向竖直向下，在t1t2时间内的方向竖直向上，若t=0时刻和t1时刻磁感强度的大小均为B0，且adeb的面积均为l2。当金属棒按图（B）中的规律运动时，为使金属棒中始终不产生感应电流，请在图（C）中示意地画出变化的磁场的磁感强度Bt随时间变化的图像（t1-t0=t2-t1）。abcdef图（A）以向左为运动的正方向图（B）t1tv0v0t2-v0以竖直向下为正方向图（C）t1tBt0B0t2-B0L2LBabcd甲vtv00t1t2乙t35.一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。t=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，图中斜向虚线为过0点速度图线的切线，数据由图中给出，不考虑重力影响。磁场磁感强度的变化率。t3时刻回路电功率。6.如图所示，竖直向上的匀强磁场在初始时刻的磁感应强度B0=0.5T，并且以=1T/s在增加，水平导轨的电阻和摩擦阻力均不计，导轨宽为0.5m，左端所接电阻R=0.4。在导轨上l=1.0m处的右端搁一金属棒ab，其电阻R0=0.1，并用水平细绳通过定滑轮吊着质量为M=2kg的重物，欲将重物吊起，问：（1）感应电流的方向（请将电流方向标在本题图上）以及感应电流的大小；lRBab（2）经过多长时间能吊起重物。7.如图所示，在磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中竖直放置两平行导轨，磁场方向与导轨所在平面垂直。导轨上端跨接一阻值为R的电阻（导轨电阻不计）。两金属棒a和b的电阻均为R，质量分别为和，它们与导轨相连，并可沿导轨无摩擦滑动。闭合开关S，先固定b，用一恒力F向上拉，稳定后a以的速度匀速运动，此时再释放b，b恰好保持静止，设导轨足够长，取。（1）求拉力F的大小；（2）若将金属棒a固定，让金属棒b自由滑下（开关仍闭合），求b滑行的最大速度；（3）若断开开关，将金属棒a和b都固定，使磁感应强度从B随时间均匀增加，经0.1s后磁感应强度增到2B时，a棒受到的安培力正好等于a棒的重力，求两金属棒间的距离h。8.如图15所示，矩形裸导线框长边的长度为2l，短边的长度为l，在两个短边上均接有电阻R，其余部分电阻不计。导线框一长边与x轴重合，左边的坐标x=0，线框内有一垂直于线框平面的磁场，磁场的磁感应强度满足关系B=B0sin（）。一光滑导体棒AB与短边平行且与长边接触良好，电阻也是R。开始时导体棒处于x=0处，从t=0时刻起，导体棒AB在沿x方向的力F作用下做速度为v的匀速运动，求：（1）导体棒AB从x=0到x=2l的过程中力F随时间t变化的规律；（2）导体棒AB从x=0到x=2l的过程中回路产生的热量。图159.水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，问距为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（见右上图），金属杆与导轨的电阻忽略不计；均匀磁场竖直向下.用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动.当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与F的关系如右下图。（取重力加速度g=10m/s2）（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？（2）若m=0.5kg，L=0.5m，R=0.5；磁感应强度B为多大？（3）由vF图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？10.如图（a）所示，光滑的平行长直金属导轨置于水平面内，间距为L、导轨左端接有阻值为R的电阻，质量为m的导体棒垂直跨接在导轨上。导轨和导体棒的电阻均不计，且接触良好。在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。开始时，导体棒静止于磁场区域的右端，当磁场以速度v1匀速向右移动时，导体棒随之开始运动，同时受到水平向左、大小为f的恒定阻力，并很快达到恒定速度，此时导体棒仍处于磁场区域内。求导体棒所达到的恒定速度v2；为使导体棒能随磁场运动，阻力最大不能超过多少？导体棒以恒定速度运动时，单位时间内克服阻力所做的功和电路中消耗的电功率各为多大？若t0时磁场由静止开始水平向右做匀加速直线运动，经过较短时间后，导体棒也做匀加速直线运动，其vt关系如图（b）所示，已知在时刻t导体棒瞬时速度大小为vt，求导体棒做匀加速直线运动时的加速度大小。vRBLmv1（a）ttvtO（b）11.如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距lm，导轨平面与水平面成=37角，下端连接阻值为尺的电阻匀强磁场方向与导轨平面垂直质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为0.25(1)求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；(2)当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻尺消耗的功率为8W，求该速度的大小；(3)在上问中，若R2，金属棒中的电流方向由a到b，求磁感应强度的大小与方向(g=10rns2，sin370.6，cos370.8)ABMPQN12、如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨,它们之间连接一个阻值的电阻;导轨间距为,电阻,长约的均匀金属杆水平放置在导轨上,它与导轨的滑动摩擦因数,导轨平面的倾角为在垂直导轨平面方向有匀强磁场,磁感应强度为,今让金属杆AB由静止开始下滑从杆静止开始到杆AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量,求:(1)当AB下滑速度为时加速度的大小(2)AB下滑的最大速度(3)从静止开始到AB匀速运动过程R上产生的热量13.光滑平行金属导轨水平面内固定，导轨间距L=0.5m，导轨右端接有电阻RL=4小灯泡，导轨电阻不计。如图甲，在导轨的MNQP矩形区域内有竖直向上的磁场，MN、PQ间距d=3m，此区域磁感应强度B随时间t变化规律如图乙所示，垂直导轨跨接一金属杆，其电阻r=1,在t=0时刻，用水平恒力F拉金属杆，使其由静止开始自GH位往右运动，在金属杆由GH位到PQ位运动过程中，小灯发光始终没变化，求：（1）小灯泡发光电功率；（2）水平恒力F大小；（3）金属杆质量m.14.两根光滑的长直金属导轨导轨MN、MN平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、M处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C。长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q。求：ab运动速度v的大小；电容器所带的电荷量q。电磁感应计算题答案1、解：感应电流的大小和方向均不发生改变。因为金属棒滑到圆弧任意位置时，回路中磁通量的变化率相同。0t0时间内，设回路中感应电动势大小为E0，感应电流为I，感应电流产生的焦耳热为Q，由法拉第电磁感应定律： 根据闭合电路的欧姆定律：由焦耳定律有： 解得：设金属进入磁场B0一瞬间的速度变v，金属棒在圆弧区域下滑的过程中，机械能守恒：在很短的时间内，根据法拉第电磁感应定律，金属棒进入磁场B0区域瞬间的感应电动势为E，则： 由闭合电路欧姆定律得： 解得感应电流：根据上式讨论：I、当时，I0；II、当时，方向为；III、当时，方向为。2.解：(1)由v-t图象可知：由牛顿第二定律: （或由图可知，t=10s时，v=4m/s） 联立以上各式，代入数据得：0.24N (2) 联立以上各式，代入数据得:3、解：（1）（4分）、（2分）（2）（4分） （2分）4解析：（1）=S=kl2I=(2分)因为金属棒始终静止，在t时刻磁场的磁感强度为Bt=B0+kt，所以F外=FA=BIl=(B0+kt)l=B0+t(2分)方向向右(1分)（2）根据感应电流产生的条件，为使回路中不产生感应电流，回路中磁通量的变化应为零，因为磁感强度是逐渐增大的，所以金属棒应向左运动（使磁通量减小）(1分)以竖直向下为正方向t1t0B0t2-B0Bt即：=0，即=BtSt-B0S0，也就是Btl（l-vt）=B0l2(2分)得Bt=(2分)（3）如果金属棒的右匀速运动，因为这时磁感强度是逐渐减小的，同理可推得，Bt=(2分)所以磁感强度随时间变化的图像如右图（t2时刻Bt不为零）(2分)5.解：（1）由v-t图可知道，刚开始t=0时刻线圈加速度为（2分）此时感应电动势（2分）（2分）线圈此刻所受安培力为（2分）得到：（2分）（2）线圈t2时刻开始做匀速直线运动，所以t3时刻有两种可能：(a)线圈没有完全进入磁场，磁场就消失，所以没有感应电流，回路电功率P=0.（2分）(b)磁场没有消失，但线圈完全进入磁场，尽管有感应电流，所受合力为零，同样做匀速直线运动（2分）6解析：（1）感应电流的方向：顺时针绕向1分2分感应电流大小：3分（2）由感应电流的方向可知磁感应强度应增加：1分安培力2分要提起重物，Fmg，3分2分7.解析：（1）（6分）a棒匀速运动，b棒静止 当a匀速运动时 解得当b匀速运动时： 式联立得 （3）（6分） 2BIL= 由式得 得 8解：（1）在t时刻AB棒的坐标为感应电动势回路总电阻回路感应电流棒匀速运动F=F安=BIl解得：（2）导体棒AB在切割磁感线过程中产生半个周期的正弦交流电感应电动势的有效值为回路产生的电热通电时间解得：评分标准：本题共12分。、式各1分，、式各2分。9（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）感应电动势感应电流 安培力由图线可知金属杆受拉力、安增力和阻力作用，匀速时合力为零。由图线可以得到直线的斜率k=2，（T）（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10、解：EBL（v1v2）IE/R速度恒定时有：可得：因为导体棒要做匀加速运动，必有v1v2为常数，设为Dv，则：则：可解得：11(1)金属棒开始下滑的初速为零，根据牛顿第二定律mgsinmgcosma由式解得a10(O.60.250.8)ms2=4ms2(2夕设金属棒运动达到稳定时，速度为v，所受安培力为F，棒在沿导轨方向受力平衡mgsin一mgcos0一F0此时金属棒克服安培力做功的功率等于电路中电阻R消耗的电功率FvP由、两式解得(3)设电路中电流为I，两导轨间金属棒的长为l，磁场的磁感应强度为B PI2R 由、两式解得磁场方向垂直导轨平面向上mgFBNf12解析：取AB杆为研究对象其受力如图示建立如图所示坐标系 联立上面解得（4分）当时（2分）由上问可知故AB做加速度减小的加速运动当从静止开始到运速运动过程中联立可知（3分）而（2分）设两电阻发热和为，由能量守恒可知（4分）（2分）联立得（1分）13解析：（1）E=（Ld）B/t=0.532/4=0.75V I=E/(R+r)=0.75/5=0.15A P=I2Rl=0.1524=0.09w (2)由题分析知：杆在匀强磁场中匀速运动，插入磁场区域之前匀加速运动 F=F安=ILB=0.150.52=0.15N (3)E=I(R+r)=0.155=0.75V E=BLVV=0.75/(20.5)=0.75m/s F=ma V=at m=F/a=0.15/(0.75/4)=0.8kg 14.解：设ab上产生的感应电动势为E，回路中电流为I，ab运动距离s所用的时间为t，则有：EBLvQI2(4R)t由上述方程得：设电容器两极板间的电势差为U，则有：UIR电容器所带电荷量为：qCU 解得：