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题型: 单选题
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单选题

如图所示,平行金属导轨与水平面间的倾角为θ,导轨电阻不计,与阻值为R的定值电阻相连,匀强磁场垂直穿过导轨平面,磁感应强度为B.有一质量为m、长为l的导体棒从ab位置获得沿斜面向上、大小为v的初速度向上运动,最远到达a′b′的位置,滑行的距离为s,导体棒的电阻也为R,与导轨之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,则在导体棒上滑的过程中(  )

A导体棒受到的最大安培力为

B外力对导体棒做的总功为mv2

C导体棒损失的机械能为μmgscosθ

D电阻R上产生的焦耳热为mv2-mgs(sinθ+μcosθ)

正确答案

D

解析

解:A、导体棒刚开始向上运动时所受的安培力最大,由E=BLv、I=、FA=BIL得到最大安培力为FA=.故A错误.

B、导体棒上滑的过程中,根据动能定理得知:外力对导体棒做的总功为-mv2.故B错误.

C、上滑的过程中导体棒的动能减小mv2,重力势能增加mgs sinθ,所以导体棒损失的机械能为mv2-mgssinθ,由于除摩擦力外,还有安培力做功,所以导体棒损失的机械能大于μmgscosθ.故C错误.

D、根据能量守恒可知,上滑过程中导体棒的动能减小,转化为焦耳热、摩擦生热和重力势能,则电阻R上产生的焦耳热为Q=[(mv2-mgs(sinθ+μcosθ)]=mv2-mgs(sinθ+μcosθ).故D正确.

故选:D

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题型:填空题
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填空题

如图所示,宽20cm的平行金属导轨之间接有两个电阻和一个电容器.已知R1=3Ω,R2=7Ω,C=10μF,电阻r=1Ω的金属棒ab垂直导轨放置,与导轨接触良好.若金属棒始终以v0=10m/s的速度匀速向左运动,在它运动的区域里存在着垂直导轨平面、磁感强度B=2.0T的匀强磁场.若电键K原来置于R1一边,现突然扳向R2一边,则此过程中导轨cd一段中通过的电量△q=______,正电荷移动的方向是______

正确答案

5×10-6C

c指向d

解析

解:当ab以速度v0匀速向左运动时,产生感应电动势E=BLV=2×0.2×10=4V,当开关置于R1时,电容与电阻R1并联,两端电压由闭合电路的欧姆定律可知:,当开关置于R2时,电容与电阻R2并联,两端电压由闭合电路的欧姆定律可知:,故电容器的电压前后变化△U=UC-UC2=1-0.5=0.5V,由Q=△UC得:Q=△UC=0.5×10×10-6=5×10-6C,根据右手定则可知,电容器的上极板带正电,电容器的电压减小,带电量减小,故电流由c指向d,即正电荷由c指向d;

故答案为:5×10-6C、c指向d

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,xOy平面内有一半径为R的圆形区坻区域内有磁感应强度大小为B的匀强磁场,左半圆磁场方向垂直于xOy平面向里,右半圆磁场方向垂直于xOy平面向外.一平行于y轴的长导体棒ab以速度v沿X轴正方向做匀速运动,则导体棒ab两端的感应电动势E(取a-b为电动势的正方向)与导体棒位置x关系的图象是(  )

A

B

C

D

正确答案

A

解析

解:在0-R过程中,有效的切割长度为L=2,感应电动势大小为E=BLv=2Bv.由楞次定律判断得知,感应电动势的方向为a到b,为正值.

在R-2R过程中,有效的切割长度为L=2,感应电动势大小为E=BLv=2Bv.由楞次定律判断得知,感应电动势的方向为b到a,为负值.

由数学知识分析得知,A图正确.

故选A

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,水平面内两根光滑的平行金属导轨,左端与电阻R相连接,匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在的空间内,质量一定的金属棒垂直于导轨并与导轨接触良好.若对金属棒施加一个水平向右的外力F,使金属棒从a位置由静止开始向右做匀加速运动并依次通过位置b和c.若导轨与金属棒的电阻不计,a到b与b到c的距离相等,则下列关于金属棒在运动过程中的说法正确的(  )

A金属棒通过b、c两位置时,电阻R的电功率之比为1:2

B金属棒通过b、c两位置时,外力F的大小之比为1:

C在从a到b与从b到c的两个过程中,电阻R上产生的热量之比为1:1

D在从a到b与从b到c的两个过程中,通过金属棒的横截面的电量之比为1:2

正确答案

A

解析

解:A、金属棒从a位置由静止开始向右做匀加速运动,根据v2=2ax知,通过b、c两个位置的速度比为1:,根据E=BLv知,产生的电动势之比为1:,根据P=知,电阻R的电功率之比为1:2.故A正确.

B、电动势之比为1:,所以电流比为1:,则安培力之比为1:,根据牛顿第二定律,有F-FA=ma,FA=F-ma,所以外力F的大小之比不等于1:.故B错误.

C、根据能量守恒定律,热量Qab==Fxab-maxab

同理Qbc=Fxbc-maxbc,加速度相等,ab、bc的位移相等,但F不等,所以产生的热量不等.故C错误.

D、由q=,△Φab=△Φbc,则qab=qbc,故D错误.

故选A.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,一直角三角形金属框,向左匀速地穿过一个方向垂直于纸面向内的匀强磁场,磁场仅限于三角形边界所围的区域内,该区域的形状与金属框完全相同,且金属框的下边与磁场区域的下边在一条直线上.若取顺时针方向为电流的正方向,则金属框穿过磁场过程的感应电流i随时间t变化的图象是下图所示的(  )

A

B

C

D

正确答案

C

解析

解:设直角三角形右下角为α.

金属框进入磁场的过程,感应电动势为 E=BLv,L=vttanα,则得 E=Bv2t•tanα,感应电流大小:i=∝t,

由楞次定律判断得知:感应电流为逆时针方向,是负值;

金属框穿出磁场的过程,感应电动势为:E=BLv,L=[L0-v(t-)]tanα=(2L0-vt)tanα

L0是三角形底边的长度,则得:

E=B(2L0-vt)v•tanα,

感应电流大小:i=,由楞次定律判断得知:感应电流为顺时针方向,是正值;由数学知识可知C图象正确.

故选:C.

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题型: 单选题
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单选题

(2015秋•诸暨市校级期末)如图所示abcd为一竖直放置的正方形导线框,其平面与匀强磁场方向垂直.导线框沿竖直方向从磁场上边界开始下落,直到ab边出磁场(已知磁场高度大于导线框边长),则以下说法正确的是(  )

A线圈进入磁场和离开磁场的过程中通过导体横截面的电荷量相等

B线圈进入磁场和离开磁场的过程中导体内产生的电热相等

C线圈从进入磁场到完全离开磁场的过程中导体内产生的电热可能等于线圈重力势能的减小

D若线圈在ab边出磁场时已经匀速运动,则线圈的匝数越多下落的速度越大

正确答案

A

解析

解:A、线框在进入磁场的过程中,通过线框导线横截面积的电荷量q=It=

而线框在离开磁场的过程中,线圈的面积相等,所以通过线框导线横截面积的电荷量仍为q=It=,故A正确;

 B、线圈进入磁场和离开磁场的过程中导体内产生的电热,即为安培力做功,由于安培力大小不相等,所以产生热量也不等,故B错误;

C、线圈从进入磁场到完全离开磁场的过程中,线圈重力势能减小转化为导体内产生的电热与线框的动能,所以不可能相等,故C错误;

D、根据F=BIL,I=,E=BLv,则有,即有B2v=ρ,下落的速度与匝数无关.故D错误;

故选:A

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题型:简答题
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简答题

如图所示,宽度为L的足够长的平行金属导轨MN、PQ的电阻不计,垂直导轨水平放置一质量为m电阻为R的金属杆CD,整个装置处于垂直于导轨平面的匀强磁场中,导轨平面与水平面之间的夹角为θ,金属杆由静止开始下滑,动摩擦因数为μ,下滑过程中重力的最大功率为P,求磁感应强度的大小.

正确答案

解:当杆匀速下滑时,速度最大,重力的功率达到最大,设最大速度为v.由能量守恒定律得

  mgsinθ•v=μmgcosθv+

又由题,P=mgsinθ•v

联立解得,B=

答:磁感应强度的大小为

解析

解:当杆匀速下滑时,速度最大,重力的功率达到最大,设最大速度为v.由能量守恒定律得

  mgsinθ•v=μmgcosθv+

又由题,P=mgsinθ•v

联立解得,B=

答:磁感应强度的大小为

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题型:填空题
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填空题

如图所示,MN为金属杆,在竖直平面内贴着光滑金属导轨下滑,导轨的间距l=10cm,导轨上端接有电阻R=0.5Ω,导轨与金属杆电阻不计,整个装置处于B=0.5T的水平匀强磁场中.若杆稳定下落时,每秒钟有0.02J的重力势能转化为电能,则MN杆的下落速度v=______m/s.

正确答案

2

解析

解:杆稳定下落时做匀速运动,重力的功率等于电路的电功率,设重力的功率为P,

由题意有:P=0.02W…①

根据功能关系有:

 P=…②

由法拉第电磁感应定律得:E=Blv… ③

联立①、②、③得:P=

代入数据得:v=2m/s

故答案为:2.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,两水平虚线ef、gh之间存在垂直纸面向外的匀强磁场,一质量为m、电阻为R的正方形铝线框abcd从虚线ef上方某位置由静止释放,线框运动中ab始终是水平的,已知两虚线ef、gh间距离大于线框边长,则从开始运动到ab边到达gh线之前的速度随时间的变化关系图象合理的是(  )

A

B

C

D

正确答案

D

解析

解:AB、线框先做自由落体运动,由线框宽度小于磁场的宽度可知,当ab边进入磁场且cd边未出磁场的过程中,磁通量不变,没有感应电流产生,不受安培力,则线框的加速度与线框自由下落时一样,均为g.若cd边刚好匀速进入磁场,mg=F=,ab边进入磁场后线框又做匀加速运动,cd边出磁场后减速,当达到上述匀速的速度后又做匀速运动,即线框出磁场时的速度不可能小于进入磁场时的速度,故A、B错误;

CD、若cd边减速进入磁场,线框全部进入后做匀加速运动,达到进磁场的速度时不可能匀速.若cd边加速进入磁场,全部进入后做匀加速运动,当cd边出磁场时线框有可能加速、匀速、减速,故C错误,D正确.

故选:D

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题型:简答题
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简答题

如图所示,线圈abcd每边长l=0.20m,线圈质量m1=0.10kg、电阻R=0.10Ω,砝码质量m2=0.14kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度B=0.5T,方向垂直线圈平面向里,磁场区域的宽度为h=l=0.20m.砝码从某一位置下降,使ab边进入磁场开始做匀速运动.求:

(1)线圈做匀速运动的速度大小?

(2)穿过磁场区域过程中线圈产生的总热量是多少?(设线圈穿过磁场过程中没有与滑轮相碰)

正确答案

解:(1)该题的研究对象为线圈,线圈在匀速上升时受到的安培力F、绳子的拉力T和重力m1g相互平衡,即T=F+m1g…①

砝码受力也平衡:T=m2g…②

线圈匀速上升,在线圈中产生的感应电流I=,…③

因此线圈受到向下的安培力F=BIl…④

联解①②③④式得v=…⑤

代入数据解得:v=4 m/s…⑥

(2)线圈匀速上升,上升的时间为t=…⑦

由焦耳定律得Q=I2Rt…⑧

联解③⑥⑦⑧并代入数据得:Q=0.16 J.  

答:(1)线圈做匀速运动的速度大小4m/s;

(2)穿过磁场区域过程中线圈产生的总热量是0.16J.

解析

解:(1)该题的研究对象为线圈,线圈在匀速上升时受到的安培力F、绳子的拉力T和重力m1g相互平衡,即T=F+m1g…①

砝码受力也平衡:T=m2g…②

线圈匀速上升,在线圈中产生的感应电流I=,…③

因此线圈受到向下的安培力F=BIl…④

联解①②③④式得v=…⑤

代入数据解得:v=4 m/s…⑥

(2)线圈匀速上升,上升的时间为t=…⑦

由焦耳定律得Q=I2Rt…⑧

联解③⑥⑦⑧并代入数据得:Q=0.16 J.  

答:(1)线圈做匀速运动的速度大小4m/s;

(2)穿过磁场区域过程中线圈产生的总热量是0.16J.

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题型:简答题
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简答题

(2015秋•淄博校级期末)如图所示,平行导轨倾斜放置,倾角θ=37°,匀强磁场的方向垂直于导轨平面向上,磁感应强度B=4T,质量为m=2kg的金属棒ab垂直放在导轨上,ab与导轨平面间的动摩擦因数μ=0.25.ab的电阻r=1Ω,平行导轨间的距离L=1m,R1=R2=18Ω,导轨电阻不计,ab由静止开始下滑运动x=3.5m后达到匀速.sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:

(1)ab在导轨上匀速下滑的速度多大?

(2)ab匀速下滑时ab两端的电压为多少?

(3)ab由静止到匀速过程中电阻R1产生的焦耳热Q1为多少?

正确答案

解:(1)ab棒匀速下滑时,有  mgsin37°=μmgcos37°+FB

又 FB=BIL

   I=

   E=BLv

则得 FB=

式中 R==9Ω

解得v===5m/s

(2)由E=Blv,解得E=4×1×5V=20V

 由I=,解得I=A=2A

由U=E-Ir,解得ab两端的电压为U=18V

(3)根据动能定理得:mgsin37°x-μmgcos37°x+W=

又W=-Q

代入解得Q=3J

则电阻R1产生的焦耳热Q1=×Q=×3J=1.35J

答:

(1)ab在导轨上匀速下滑的速度是5m/s.

(2)ab匀速下滑时ab两端的电压为18V.

(3)ab由静止到匀速过程中电阻R1产生的焦耳热Q1为1.35J.

解析

解:(1)ab棒匀速下滑时,有  mgsin37°=μmgcos37°+FB

又 FB=BIL

   I=

   E=BLv

则得 FB=

式中 R==9Ω

解得v===5m/s

(2)由E=Blv,解得E=4×1×5V=20V

 由I=,解得I=A=2A

由U=E-Ir,解得ab两端的电压为U=18V

(3)根据动能定理得:mgsin37°x-μmgcos37°x+W=

又W=-Q

代入解得Q=3J

则电阻R1产生的焦耳热Q1=×Q=×3J=1.35J

答:

(1)ab在导轨上匀速下滑的速度是5m/s.

(2)ab匀速下滑时ab两端的电压为18V.

(3)ab由静止到匀速过程中电阻R1产生的焦耳热Q1为1.35J.

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题型:填空题
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填空题

如图所示,矩形线圈从匀强磁场中匀速拉出,第一次速度为v,第二次速度为2v,则第一、二次外力做功之比为______;功率之比为______;通过导线的电量之比为______

正确答案

1:2

1:4

1:1

解析

解:线框匀速运动,外力与安培力大小,公式为 F=,外力做功为 W=FL′=L′,则知W∝v,所以第一、二次外力做功之比为1:2.

外力的功率 P=Fv=,P∝v2,则知功率之比为1:4.

据q=知两次线框磁通量的变化量相等,则电量相同.

故答案为:1:2,1:4,1:1.

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题型:简答题
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简答题

(2015•滕州市校级模拟)有人设计了一种可测速的跑步机,测速原理如图所示.该机底面固定有间距为L、长度为d的平行金属电极.电极间充满磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,且接有电压表和电阻R.循环绝缘橡胶带上镀有n根间距为d的平行细金属条,磁场中始终仅有一根金属条,且与电极接触良好,金属条电阻为r.若橡胶带匀速运动时,电压表读数为U,设人与跑步机间无相对滑动,求:

(1)橡胶带匀速运动的速率;

(2)橡胶带克服安培力做功的功率;

(3)若人经过较长时间跑步距离为s(s»nd),则流过每根金属条的电量q为多少.

正确答案

解:(1)由闭合电路欧姆定律可知,

电路电流:I=

电压:U=IR,

感应电动势:E=BLv,

解得:v=

(2)克服安培力做功功率,即电功率:

PA=I2(R+r),I=

解得:PA=(2(R+r);

(3)总电荷量:q==

流过每根金属条的电荷量:q==

答:(1)橡胶带匀速运动的速率;(2)橡胶带克服安培力做功的功率(2(R+r);(3)流过每根金属条的电量q为

解析

解:(1)由闭合电路欧姆定律可知,

电路电流:I=

电压:U=IR,

感应电动势:E=BLv,

解得:v=

(2)克服安培力做功功率,即电功率:

PA=I2(R+r),I=

解得:PA=(2(R+r);

(3)总电荷量:q==

流过每根金属条的电荷量:q==

答:(1)橡胶带匀速运动的速率;(2)橡胶带克服安培力做功的功率(2(R+r);(3)流过每根金属条的电量q为

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题型: 多选题
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多选题

如图所示,固定在水平桌面上的光滑金属杆cdeg处于方向竖直向下的匀强磁场中,金属杆ab接触良好,在端点de之间连接一电阻R,其他部分电阻不计.现用水平向右的力F作用在ab杆上,使金属杆从静止开始做匀加速运动,则能定性表示力F与时间t的关系及线框中感应电流的瞬时功率与位移X的关系的是(以向右为正方向)(  )

A

B

C

D

正确答案

B,C

解析

解:设导轨宽度为L,磁场大小为B,金属杆运动的加速度为a,金属杆某时刻的速度为V,

则金属杆受到的安培力为:F=BIL=BL ①

由于金属杆从静止开始做匀加速运动,所以某时刻的速度:V=at ②

把②代入①整理:F=

当棒处于匀速时棒受力平衡,所以拉力F=F=,即F与时间t成正比例,故B正确,A错误.

线框中感应电流的瞬时功率:P=I2R═(2 R===

所以功率与位移成正比,故C正确.

故选:BC

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题型:简答题
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简答题

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1m,导轨平面与水平面成θ=37°角,下端连接阻值为R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.(g取10rn/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)当金属棒下滑速度达到稳定时,电阻R消耗的功率为8W,求该速度的大小;

(2)在上问中,若R=2Ω,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.

正确答案

解:(1)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,有

  mgsinθ-μmgcosθ-F=0

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:Fv=P

由以上两式解得:

v===10m/s

(2)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,则哟:

I= 

P=I2R

由以上两式解得:

磁场方向垂直导轨平面向上

答:(1)该速度的大小为10m/s.

(2)磁感应强度的大小为0.4T,方向垂直导轨平面向上.

解析

解:(1)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,有

  mgsinθ-μmgcosθ-F=0

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:Fv=P

由以上两式解得:

v===10m/s

(2)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,则哟:

I= 

P=I2R

由以上两式解得:

磁场方向垂直导轨平面向上

答:(1)该速度的大小为10m/s.

(2)磁感应强度的大小为0.4T,方向垂直导轨平面向上.

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