1、专题培优练（二） 电磁感应中的四类综合问题1.如图1所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN。第一次ab边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则()图1AQ1Q2，q1q2BQ1Q2，q1q2CQ1Q2，q1q2 DQ1Q2，q1q2解析：选A第一次ab边是电源，第二次bc边是电源。设线框ab、bc边长分别为l1、l2，第一次时线框中产生的热
2、量Q1I12Rt2Rl1，同理第二次时线框中产生的热量Q2l2，由于l1l2，所以Q1Q2。通过线框导体横截面的电荷量qn，故q1q2，A选项正确。2.英国物理学家麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发感生电场。如图2所示，一个半径为r的绝缘细圆环水平放置，环内存在竖直向上的匀强磁场B，环上套一带电荷量为q的小球。已知磁感应强度B随时间均匀增加，其变化率为k，若小球在环上运动一周，则感生电场对小球的作用力所做功的大小是()图2A0 B.r2qkC2r2qk Dr2qk解析：选D变化的磁场产生的感生电动势为Er2kr2，小球在环上运动一周感生电场对其所做的功WqEqkr2，D项正确，A、B、C项错
3、误。3.如图3所示，在匀强磁场中放一电阻不计的平行光滑金属导轨，导轨跟大线圈M相接，小闭合线圈N在大线圈M包围中，导轨上放一根光滑的金属杆ab，磁感线垂直于导轨所在平面。最初一小段时间t0内，金属杆ab向右做匀减速直线运动时，小闭合线圈N中的电流按下列图中哪一种图线方式变化()图3解析：选A当金属杆ab向右做匀减速直线运动时，在ab中产生由a到b的均匀减小的电流，由楞次定律可知，由于穿过线圈N的磁通量均匀减小，故在N中产生恒定不变的顺时针方向的感应电流，故选项A正确。4如图4甲，R0为定值电阻，两金属圆环固定在同一绝缘平面内。左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上，经二极管整流后，通过R0的电
4、流i始终向左，其大小按图乙所示规律变化。规定内圆环a端电势高于b端时，a、b间的电压uab为正，下列uabt图像可能正确的是()图4解析：选C由题图乙知，00.25T0，外圆环电流逐渐增大且逐渐减小，根据安培定则，外圆环内部磁场方向垂直纸面向里，磁场逐渐增强且逐渐减小，根据楞次定律知内圆环a端电势高，所以uab0，根据法拉第电磁感应定律uab知，uab逐渐减小；t0.25T0时，0，所以0，uab0；同理可知0.25T0t0.5T0时，uab0，且|uab|逐渐增大；0.5T0T0内重复00.5T0的变化规律。故选项C正确。5.如图5所示，abcd为水平放置的平行“ ”形光滑金属导轨，间距为l
5、，导轨间有垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，导轨电阻不计，已知金属杆MN倾斜放置，与导轨成角，单位长度的电阻为r，保持金属杆以速度v沿平行于cd的方向滑动(金属杆滑动过程中与导轨接触良好)。则()图5A电路中感应电动势的大小为B电路中感应电流的大小为C金属杆所受安培力的大小为D金属杆的热功率为解析：选B金属杆的运动方向与金属杆不垂直，电路中感应电动势的大小为EBlv(l为切割磁感线的有效长度)，选项A错误；电路中感应电流的大小为I，选项B正确；金属杆所受安培力的大小为FBIlB，选项C错误；金属杆的热功率为PI2R，选项D错误。6.如图6所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂直
6、于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导线MN以速率v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端，回路的固定电阻为R，其余电阻不计，试求：图6(1)MN从圆环左端滑到右端的过程中，电阻R上的电流的平均值及通过的电荷量。(2)MN从圆环左端滑到右端的过程中，电阻R上的电流的最大值。解析：(1)从左端到右端磁通量的变化量BSBr2从左端到右端的时间：t根据法拉第电磁感应定律，平均感应电动势所以，回路中平均感应电流通过R的电荷量qt。(2)当导线运动到圆环的圆心处时，切割磁感线的有效长度最大，产生的感应电动势也就最大，电阻R上的电流也就最大，此时EmB2rv，所以Im，由以上两式，得Im。答
7、案：(1)(2)7如图7所示，平行长直金属导轨水平放置，间距L0.4 m。导轨右端接有阻值R1 的电阻。导体棒垂直放置在导轨上，且接触良好，导体棒及导轨电阻均不计，导轨间正方形区域abcd内有方向竖直向下的匀强磁场，bd连线与导轨垂直，长度也为L。从0时刻开始，磁感应强度B的大小随时间t变化，规律如图8所示；同一时刻，棒从导轨左端开始向右匀速运动，1 s后刚好进入磁场，若使棒在导轨上始终以速度v1 m/s做直线运动，求：(1)棒进入磁场前，回路中的电动势E；(2)棒在运动过程中受到的最大安培力F，以及棒通过三角形abd区域时电流i与时间t的关系式。 图7图8解析：(1)正方形磁场的面积为S，则
8、S0.08 m2。在棒进入磁场前，回路中的感应电动势是由于磁场的变化而产生的。由Bt图像可知0.5 T/s，根据En，得回路中的感应电动势ES0.50.08 V0.04 V。(2)当导体棒通过bd位置时感应电动势、感应电流最大，导体棒受到的安培力最大。此时感应电动势EBLv0.50.41 V0.2 V回路中感应电流I A0.2 A导体棒受到的安培力FBIL0.50.20.4 N0.04 N当导体棒通过三角形abd区域时，导体棒切割磁感线的有效长度l2v(t1)(1 st1.2 s)感应电动势eBlv2Bv2(t1)(t1)V感应电流i(t1)A(1 st1.2 s)。答案：(1)0.04 V(
9、2)0.04 Ni(t1)A(1 st1.2 s)8.如图9所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距L0.4 m。导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为MN，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B0.5 T。在区域中，将质量m10.1 kg，电阻R10.1 的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域中将质量m20.4 kg，电阻R20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10 m/s2。
10、问：图9(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少。解析：(1)由a流向b。(2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有Fmaxm1gsin 设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有EBLv设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有I设ab所受安培力为F安，有F安ILB此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有F安m1gsin Fmax综合式，代入数据解得v5 m/s。(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒有m2gxsin Q总m2v2又QQ总解得Q1.3 J。答案：(1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J
