電磁感應單桿模型專項訓練

1、電磁感應單桿模型1 .如圖所示，固定于水平面的U形導線框處于豎直向下的勻強磁場中(磁場足夠大)，磁場的磁感應強度為 B,點a、b是U形導線框上的兩個端點。水平向右恒力F垂直作用在金屬棒 MNk,使金屬棒 MN以速度v向右做勻速運動。金屬棒 MNK度為L,恰好等 于平行軌道間距，且始終與導線框接觸良好，不計摩擦阻力，金屬棒MN的電阻為R。已知導線ab的橫截面積為S、單位體積內自由電子數為n,電子電量為e,電子定向移動的平均速率為 v? 導線ab的電阻為R,忽略其余導線框的電阻。則，在At時間內A.導線ab中自由電子從a向b移動B.金屬棒MN中產生的焦耳熱Q=FLC.導線ab受到的安培力大小 F安

2、=nSLev?BXXXD,通過導線ab橫截面的電荷量為誓史k " ' x * * R2 .如圖所示，足夠長的光滑導軌豎直放置，勻強磁場的磁感,應強度B= 2.0T,方向垂直于導軌平面向外，導體棒 ab長L=0.2 m (與導軌的寬度相同，接觸良好)，其電阻r = 1.0 Q ,導軌電阻不計。當導體棒緊貼導軌勻速下滑時，兩只均標有“3V, 1.5 W”字樣的小燈泡恰好正常發(fā)光。求：(1)通過導體棒電流的大小和方向；(2)導體棒勻速運動的速度大小。3 .如圖所示，兩根足夠長平彳T金屬導軌 MN PQ固定在傾角9=37。的絕緣斜面上，頂部接有 一阻值R=3的定值電阻，下端開口，軌道

3、間距 L=1 整個裝置處于磁感應強度 B=2T的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向上。質量m=1kg的金屬棒ab置于導軌上，ab在導軌之間的電阻r=1 ,電路中其余電阻不計。金屬棒ab由靜止釋放后沿導軌運動時始終垂直于導軌，且與導軌接觸良好。不計空氣阻力影響。已知金屬棒ab與導軌間動摩擦因數 科=0.5,sin3702=0.6 , cos37 =0.8 ,取 g=10m/s。求金屬棒ab沿導軌向下運動的最大速度 Vm；求金屬棒ab沿導軌向下運動過程中，電阻R上的最大電功率 向；若從金屬棒ab開始運動至達到最大速度過程中，電阻R上產生的焦耳熱總共為 1.5J ,求流過電阻R的總電荷量q。4 . (1

4、2分)如圖所示，光滑軌 MN PQ在同一水平面內平行固定 放置，其間距d=1.0m,右端通過 導線與阻值R=2.0 Q的電阻相Q 0_.連，在正方形區(qū)域 CDGHJ有豎 直向下的勻強磁場.一質量 m=100g、阻值r=0.5 Q的金屬棒， 在與金屬棒垂直、大小為F=0.2N 的水平恒力作用下，從 CH左側x=1.0m處由靜止開始運動，剛進入磁場區(qū)域時恰好彳勻速直線運動.不考慮導軌電阻，金屬棒始終與導軌垂直并保持良好接觸.求：(1)勻強磁場磁感應強度 B的大?。?2)金屬棒穿過磁場區(qū)域的過程中電阻R所產生的焦耳熱；(3)其它條件不變，如果金屬棒進入磁場時立即撤掉恒力F,試討論金屬棒是否能越過磁C

5、5.如圖15所示，M MNN為放置在粗糙絕緣水平相互平行且足夠長，間距l(xiāng) =0.40m ,質量 M=0.20kg 。的U埋金屬木g架MM和NN質量m=0.1(kg的導體棒ab垂MM和NN放在框架上，導體棒與框架的摩擦忽略不計。整喬裝f直向下的勻磁場中，磁感應強度B=0.50T o t=0時，垂直于導體棒 ab施加一水a工向右的恒力F=2.0N ,導體棒 ab從靜止開始運動；當 t=ti時，金屬框架將岑開運動， vi=6.0m/s ;經過一段時間，當 t=t2時，導體棒p ab的速度 V2=12.V3=0.5m/s。在運動過程中，導體棒 ab始終與MM和NN垂直且: ab的電阻r=0.30 Q

6、,框架MNB分的阻值 R=0.10 Q ,其余電阻不計 最大靜摩擦力等于滑動摩擦力， g取10m/s2。求：此時導體棒的速度0m/s ;金卜洋架的速 全觸良好.L知導體棒，設框架與水平面間%(1)求動摩擦因數科；(2)當t=t2時，求金屬框架的加速度;(3)若在0ti這段時間內， MN±產生的熱量Q=0.10J ,求該過程中導體棒 ab位移x的XXX X場區(qū)域并簡要說明理由圖15大小。6. (12分)如圖1所示，兩根足夠長平行金屬導軌MN PQ相距為L,導軌平面與水平面夾角為“,金屬棒ab垂直于MN PQ放置在導軌上，且始終與導軌接觸良好，金屬棒的質 量為m導軌處于勻強磁場中，磁場的

7、方向垂直于導軌平面斜向上，磁感應強度大小為 B金屬導軌的上端與開關 S定值電阻 R和電阻箱R相連。不計一切摩擦，不計導軌、金 屬棒的電阻，重力加速度為 go現在閉合開關 S,將金屬棒由靜止釋放。(1)判斷金屬棒ab中電流的方向；(2)若電阻箱 R接入電路的阻值為 0,當金屬棒下降高度為 h時，速度為v,求此過程中定值電阻上產生的焦耳熱Q;(3)當B=0.40T, L=0.50m, 口 =37°時，金屬棒能達到的最大速度Vm隨電阻箱 R阻值的變化關系，如圖 2 所示。取 g = 10m/s 2, sin37 ° = 0.60 , cos37° = 0.80 。求 阻

8、值R和金屬棒的質量 m7. （10分）如圖所示，U形導線框 MNQ歐平放置在 磁感應強度B=0.2T的勻強磁場中，磁 感線方向與導線框所在平面垂直，導線Mh#n PQ足夠長，間距為L=0.5m,橫跨在導線框上的導體棒ab的質量m=0.1kg,電阻r=1.0 Q，接在NQ司的電阻 R=4.0 Q ,電壓表為理想電表， 其余電阻不計。若導體棒在水平外力作用下以速度v =2.0m/s向左做勻速直線運動，不計導體棒與導線框間的摩擦。求：（1）通過導體棒 ab的電流大小和方向；F彳. *B （ R 電壓表的示數；（3）若某一時刻撤去水平外力，則從該時刻起，、與標的t動的過 程中，回路中產生的熱量。8.

9、（8分）如圖15所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN PQ平行放置在傾角為0的絕緣斜面上，兩導軌間距為 L。一根質量為 m的均勻直金屬桿 ab放在兩導軌上，并與導軌垂直，且 接觸良好，整套裝置處于勻強磁場中。金屬桿ab中通有大小為I的電流。已知重力加速度為go（1）若勻強磁場方向垂直斜面向下，且不計金屬桿ab和導軌之間的摩擦，金屬桿 ab靜止在軌道上，求磁感應強度的大??；圖15(2)若金屬桿ab靜止在軌道上面，且對軌道的壓力恰好為零。試說明磁感應強度大小和方向應滿足什么條件；(3)若勻強磁場方向垂直斜面向下，金屬桿ab與導軌之間的動摩擦因數為W，且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。欲使金屬桿ab靜止，則

10、磁感應強度的最大值是多大。139. （8分）如圖13所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN PQ平行放置在傾角為？=30?的絕緣斜面上，兩導軌間距為 L=20cmi 一根質量為m=10g的均勻直金屬桿 ab放在兩導軌上，并與 導軌垂直，且接觸良好，整套裝置處于勻強磁場中。已知電源電動勢E=12V,內阻r=1.0?,電阻R=11?o g取10m/s2,忽略金屬導軌和金屬桿 ab的電阻。求：(1)通過金屬桿ab的電流；(2)若勻強磁場方向垂直斜面向下，且不計金屬桿ab和導軌之間的摩擦，金屬桿 ab靜止在軌道上，求磁感應強度的大??；(3)如果金屬桿ab與導軌之間有摩擦，且動摩擦因數？=0.20。若最大靜摩

11、擦力等于滑動摩擦力，欲使桿ab靜止，所加勻強磁場方向垂直斜面向下，則磁感應強度B的大小應滿足什么條件。10. (12分)如圖22所示，兩根電阻不計的平行光滑金屬導軌MN PQ固定于水平面內，導軌間距d=0.40m, 一端與阻值 R=0.15 的電阻相連。導軌間 x>0一側存在一個方向與導軌平面垂直的磁場，磁感應強度沿x方向均勻減小，可表示為B=0.50(4 - x) (T)。一根質量m=0.80kg、電阻r=0.05 的金屬棒置于導軌上，并與導軌垂直。棒在外力作用下從x=0處以初速度V0=0.50m/s沿導軌向右運動。已知運動過程中電阻上消耗的功率不變。圖22圖23(1)求金屬棒在x=0

12、處時回路中的電流；(2)求金屬棒在x=2.0m處速度的大?。?3)金屬棒從x=0運動到x=2.0m的過程中：a.在圖23中畫出金屬棒所受安培力R隨x變化的關系圖線；b.求外力所做的功。11. (13分)如圖，在豎直向下的磁感應強度為B的勻強磁場中，兩根足夠長的平行光滑金屬軌道MN PQ固定在水平面內，相距為L。一質量為 m的導體棒ab垂直于MN PQ放在軌道上，與軌道接觸良好。軌道和導體棒的電阻均不計。(1)如圖1,若軌道左端MP司接一阻值為R的電阻，導體棒在拉力 F的作用下以速度v沿軌道做勻速運動。請通過公式推導證明：在任意一段時間At內，拉力F所做的功與電路獲取的電能相等。如圖2,若軌道左端接一電動勢為 E、內阻氣X的電