高中物理法拉第电磁感应定律综合题

如图所示，一根粗金属棒MN固定放置，它的M一端连一个定值电阻R，定值电阻的另一端连接在金属轴O上．另外一根长为l的金属棒ab，a端与轴O相连，b端与MN棒上的一点接触，此时ab与MN间的夹角为45°角，如图所示．空间存在着方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感强度大小为B．现使ab棒以O为轴逆时针匀速转动一周，转动角速度大小为ω，转动过程中凡能与MN棒接触的都接触良好，两金属棒的电阻都可忽略不计．

(1)写出电阻R中有电流存在的时间．
(2)写出这段时间内感应电流i随时间t变化的关系式．
(3)求出这段时间内流过电阻R的总电量．
 

如图所示，一对平行放置的金属板M、N的中心各有一小孔P、Q，PQ连线垂直金属板；N板右侧的圆形区域A内分布有方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，圆半径为r，且圆心O在PQ的延长线上，两平行金属板与匝数为n，边长为a的正方形线圈相连，现有垂直于线圈平面均匀增大的磁场，磁感应强度变化率为，一质量为m、电量为q的带负电粒子（重力不计），初速度为零，从P点进入两板间，求：

（1）两平行板之间的电势差
（2）粒子从Q点射出时的速度
（3）带电粒子通过该圆形磁场的偏转角θ

有一个1000匝的线圈，在0.4s内穿过它的磁通量从0.02Wb均匀增加到0.09Wb，求线圈中的感应电动势？若线圈的电阻是10Ω，把它与一个电阻为990Ω的电热器串联组成闭合电路时，通过电热器的电流是多大？

（1）5s末时电阻R上消耗的电功率；
（2）5s末时外力F的功率.
（3）若杆最终以8 m/s的速度作匀速运动, 此时闭合电键S，射线源Q释放的粒子经加速电场C加速后从a孔对着圆心O进入半径r = m的固定圆筒中（筒壁上的小孔a只能容一个粒子通过），圆筒内有垂直水平面向下的磁感应强度为B₂的匀强磁场。粒子每次与筒壁发生碰撞均无电荷迁移，也无机械能损失，粒子与圆筒壁碰撞5次后恰又从a孔背离圆心射出，忽略粒子进入加速电场的初速度，若粒子质量= 6.6×10^{－27 kg ,} 电量= 3.2×10^{－19 C,} 则磁感应强度B₂多大？若不计碰撞时间，粒子在圆筒内运动的总时间多大？

⑴写出感应电动势瞬时值的表达式
⑵计算线圈在1分钟内产生的热量
⑶经多长时间，线圈内部张力最大，并求其最大值（不计线圈感应电流间的相互作用）

试求：
金属棒MN运动达到稳定状态后，1s钟内外力F所做的功并说明能量的转化是否守恒.

上，在轨道左上方端点、间接有阻值为的小电珠，整个轨道处在磁感强度为的匀强磁场中，两导轨间距为。现有一质量为、电阻为的金属棒从、处由静止释放，经一定时间到达导轨最低点、，此时速度为。
（1）指出金属棒从、到、的过程中，通过小电珠的电流方向和金属棒的速度大小变化情况；
（2）求金属棒到达、时，整个电路的瞬时电功率；
（3）求金属棒从、到、的过程中，小电珠上产生的热量。

的“U”型金属框架，其框架平面与桌面平行。其ab部分的电阻为R．框架其它部分
的电阻不计。垂直框架两边放一质量为m、电阻为R的金属棒cd，它们之间的动摩擦因数为，且接触始终良好。cd棒通过不可伸长的细线与一个固定在O点的力的显示器相连，始终处于静止状态。现在让框架由静止开始在水平恒定拉力F的作用下（F是未知数），向右做加速运动，设最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。最终框架匀速运动时力的显示器的读数为2mg。已知框架位于竖直向上足够大的匀强磁场中，磁感应强度为B。求：
（1）框架和棒刚开始运动的瞬间，框架的加速度为多大?
（2）框架最后做匀速运动对的速度多大?        
 

如图所示是一种测量通电螺线管中磁场的装置，把一个很小的测量线圈A放在待测处，线圈与测量电量的冲击电流计G串联，当用双刀双掷开关S使螺线管的电流反向时，测量线圈中就产生感应电动势，从而引起电荷的迁移，由表G测出电量Q，就可以算出线圈所在处的磁感应强度B。已知测量线圈共有N匝，直径为d，它和表G串联电路的总电阻为R，则被测处的磁感强度B为多大？

 

如图12.2-4所示PO与QO是两根夹60⁰角的光滑金属导轨，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨平面，区域足够大。金属滑杆MN垂直于∠POQ的平分线搁置，导轨和滑杆单位长度的电阻为r.在外力作用下滑杆从距O为a的地方以速度v匀速滑至距O为b的地方.试求：(1)右滑的全过程中，回路中产生的平均感应电动势;(2) 滑杆滑至距O为b的地方时，回路中的感应电动势;(3) 右滑过程中任一时刻拉力的功率;(4) 右滑全过程中,滑杆所产生的热量

 

如图所示，长L₁宽L₂的矩形线圈电阻为R，处于磁感应强度为B的匀强磁场边缘，线圈与磁感线垂直。求：将线圈以向右的速度v匀速拉出磁场的过程中，⑴拉力F大小；⑵拉力的功率P；⑶拉力做的功W；⑷线圈中产生的电热Q；⑸通过线圈某一截面的电荷量q。

 

电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成,起加热作用的是安装在锅

底平面的一系列粗细均匀半径不同的同心导体环（导体环的分布如图所示），导体环所用材料每米的电阻值为R₀Ω，从中心向外第n个同心圆环的半径为r_n=nr₀ (其中n=1,2,3,…，8,共有8个圆环，r₀为已知量)，如图所示。当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，该磁场在环状导体上产生的感应电动势规律为：e=S·2sinωt（式中：e为瞬时感应电动势，S为环状导体所包围的圆平面的面积，ω为已知常数）,那么，当电磁炉正常工作时，求：
（1）第n个导体环中感应电流的有效值表达式；
（2）前三条（靠近中心的三条）导体环释放的总功率有多大？
（3）假设导体环产生的热量全部以波长为λ的红外线光子辐射出来，  
那么第三条导体环上t秒钟内射出的光子数是多少？
（光速c和普朗克常数h为已知量，t>> 2π/ω）

某种小发电机的内部结构


平面图如图1所示，永久磁体的内侧为半圆
柱面形状，它与共轴的圆柱形铁芯间的缝隙
中存在辐向分布、大小近似均匀的磁场，磁
感应强度B = 0.5T。磁极间的缺口很小，可
忽略。如图2所示，单匝矩形导线框abcd绕
在铁芯上构成转子，ab = cd = 0.4m，bc = 0.2m。
铁芯的轴线OO′ 在线框所在平面内，线框可
随铁芯绕轴线转动。将线框的两个端点M、N
接入图中装置A，在线框转动的过程中，装置A能使端点M始终与P相连，而端点N始终与Q相连。现使转子以ω="200π" rad/s的角速度匀速转动。在图1中看，转动方向是顺时针的，设线框经过图1位置时t = 0。（取π= 3）
（1）求t = s时刻线框产生的感应电动势；
（2）在图3给出的坐标平面内，画出P、Q两点
电势差U_PQ随时间变化的关系图线（要求标出横、纵坐
标标度，至少画出一个周期）；
（3）如图4所示为竖直放置的两块平行金属板X、
Y，两板间距d = 0.17m。将电压U_PQ加在两板上，P与X相连，Q与Y相连。将一个质量m = 2.4×10^-12kg，电量q = +1.7×10^-10C的带电粒子，在t₀ = 6.00×10 ^-3s时刻，从紧临X板处无初速释放。求粒子从X板运动到Y板经历的时间。（不计粒子重力）

高频焊接是一种常用的焊接方法，图1是焊接的原理示意图。将半径为r=10cm的待焊接的环形金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以高频变化电流，线圈产生垂直于工件所在平面的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化规律如图2所示，t=0时刻磁场方向垂直线圈所在平面向外。工件非焊接部分单位长度上的电阻R₀=1.0×10^-3W×m^-1，焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的9倍，焊接的缝宽非常小，不计温度变化对电阻的影响。
（1）求环形金属工件中感应电流的大小，在图3中画出感应电流随时间变化的i-t图象（以逆时针方向电流为正）；
（2）求环形金属工件中感应电流的有效值；
（3）求t=0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热．

如图所示，平行导轨竖直放置，上端用导线相连，中间跨接的金属棒与导轨组成闭合回路。水平虚线L₁、L₂之间存在垂直导轨所在平面向里的磁场，磁感应强度的变化规律是

B²=B₀² (1+ky），其中B₀和k 为已知量，y 为磁场中任一位置到L_l的距离．金属棒从L₂ 处以某一速度向上运动进人磁场,经过L₁时其速度为刚进人磁场时速度的一半，返回时正好匀速穿过磁场．已知金属棒在导轨上滑动时所受的摩擦力和重力之比为5 :13 ，重力加速度为g ，导轨上单位长度的阻值是恒定的，其余的电阻不计．求：
( 1 ) L_l 到导轨上端的距离
( 2 ）金属棒向上运动进人磁场的初速度与向下运动进人磁场的速度之比．
( 3 ）金属棒向上刚进人磁场的加速度的大小．