物理法拉第电磁感应定律的专项培优练习题及答案

物理法拉第电磁感应定律的专项培优练习题及答案

一、法拉第电磁感应定律

1．如图（a ）所示，间距为l 、电阻不计的光滑导轨固定在倾角为θ的斜面上。在区域I 内有方向垂直于斜面的匀强磁场，磁感应强度为B ；在区域Ⅱ内有垂直于斜面向下的匀强磁场，其磁感应强度B t 的大小随时间t 变化的规律如图（b ）所示。t ＝0时刻在轨道上端的金属细棒ab 从如图位置由静止开始沿导轨下滑，同时下端的另一金属细棒cd 在位于区域I 内的导轨上由静止释放。在ab 棒运动到区域Ⅱ的下边界EF 处之前，cd 棒始终静止不动，两棒均与导轨接触良好。已知cd 棒的质量为m 、电阻为R ，ab 棒的质量、阻值均未知，区域Ⅱ沿斜面的长度为2l ，在t ＝t x 时刻（t x 未知）ab 棒恰进入区域Ⅱ，重力加速度为g 。求：

(1)通过cd 棒电流的方向和区域I 内磁场的方向； (2)ab 棒开始下滑的位置离EF 的距离；

(3)ab 棒开始下滑至EF 的过程中回路中产生的热量。

【答案】(1)通过cd 棒电流的方向从d 到c ，区域I 内磁场的方向垂直于斜面向上；(2)3l （3）4mgl sin θ。 【解析】 【详解】

(1)由楞次定律可知，流过cd 的电流方向为从d 到c ，cd 所受安培力沿导轨向上，由左手定则可知，I 内磁场垂直于斜面向上，故区域I 内磁场的方向垂直于斜面向上。 (2)ab 棒在到达区域Ⅱ前做匀加速直线运动，

a ＝

sin mg m

θ

=gs in θ cd 棒始终静止不动，ab 棒在到达区域Ⅱ前、后，回路中产生的感应电动势不变，则ab 棒在区域Ⅱ中一定做匀速直线运动，可得：

1Blv t

?Φ

=? 2(sin )x x

B l I

BI g t t θ??= 解得

2sin x l

t g θ

=

ab 棒在区域Ⅱ中做匀速直线运动的速度

12sin

v glθ=

则ab棒开始下滑的位置离EF的距离

2

1

23

2x

h at l l

=+=

(3)ab棒在区域Ⅱ中运动时间

2

22

sin

x

l l

t

v gθ

==

ab棒从开始下滑至EF的总时间

2

2

2

sin

x

l

t t t

gθ

=+=

感应电动势：

1

2sin

E Blv Bl glθ

==

ab棒开始下滑至EF的过程中回路中产生的热量：

Q＝EIt＝4mgl sinθ

2．两间距为L=1m的平行直导轨与水平面间的夹角为θ=37° ,导轨处在垂直导轨平面向下、磁感应强度大小B=2T的匀强磁场中.金属棒P垂直地放在导轨上，且通过质量不计的绝缘细绳跨过如图所示的定滑轮悬吊一重物（重物的质量m0未知），将重物由静止释放，经过一段时间，将另一根完全相同的金属棒Q垂直放在导轨上，重物立即向下做匀速直线运动，金属棒Q恰好处于静止状态.己知两金属棒的质量均为m=lkg、电阻均为R=lΩ，假设重物始终没有落在水平面上，且金属棒与导轨接触良好，一切摩擦均可忽略，重力加速度

g=l0m/s2，sin 37°=0.6，cos37°=0.8.求：

（1）金属棒Q放上后，金属棒户的速度v的大小；

（2）金属棒Q放上导轨之前，重物下降的加速度a的大小（结果保留两位有效数字）；（3）若平行直导轨足够长，金属棒Q放上后，重物每下降h=lm时，Q棒产生的焦耳热.

【答案】（1）3m/s

v=（2）2

2.7m/s

a=（3）3J

【解析】

【详解】

(1)金属棒Q恰好处于静止时

sin

mg BIL

θ=

由电路分析可知E BLv

= ,

2

E

I

R

= ,

代入数据得，3m/s v =

（2）P 棒做匀速直线运动时，0sin m g BIL mg θ=+， 金属棒Q 放上导轨之前，由牛顿第二定律可得

00sin ()m g mg m m a θ-=+

代入数据得，22.7m/s a =

（3）根据能量守恒可得，0sin m gh mgh Q θ=+总 由于两个金属棒电阻串联，均为R ，可知 Q 棒产生的焦耳热为3J 2

Q Q =

=总

3．如图，水平面（纸面）内同距为l 的平行金属导轨间接一电阻，质量为m 、长度为l 的金属杆置于导轨上，t ＝0时，金属杆在水平向右、大小为F 的恒定拉力作用下由静止开始运动．0t 时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ．重力加速度大小为g ．求

（1）金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小； （2）电阻的阻值．

【答案】0F E Blt g m μ??=- ??? ； R =220

B l t m

【解析】 【分析】 【详解】

（1）设金属杆进入磁场前的加速度大小为a ，由牛顿第二定律得：ma=F-μmg ① 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v ，由运动学公式有：v =at 0 ②

当金属杆以速度v 在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律，杆中的电动势为:E=Blv ③ 联立①②③式可得:0F E Blt g m μ??

=-

???

④ （2）设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆的电流为I ，根据欧姆定律：I=E

R

⑤ 式中R 为电阻的阻值．金属杆所受的安培力为：f BIl = ⑥ 因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得：F –μmg–f=0 ⑦

联立④⑤⑥⑦式得: R=

22

0 B l t m

4．如图所示，竖直平面内两竖直放置的金属导轨间距为L1，导轨上端接有一电动势为E、内阻不计的电源，电源旁接有一特殊开关S，当金属棒切割磁感线时会自动断开，不切割时自动闭合；轨道内存在三个高度均为L2的矩形匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B，方向如图。一质量为m的金属棒从ab位置由静止开始下落，到达cd位置前已经开始做匀速运动，棒通过cdfe区域的过程中始终做匀速运动。已知定值电阻和金属棒的阻值均为R，其余电阻不计，整个过程中金属棒与导轨接触良好，重力加速度为g，求：

（1）金属棒匀速运动的速度大小；

（2）金属棒与金属导轨间的动摩擦因数μ；

（3）金属棒经过efgh区域时定值电阻R上产生的焦耳热。

【答案】（1）；（2）；（3）mgL2。

【解析】

【分析】

（1）金属棒到达cd位置前已经开始做匀速运动，根据平衡条件结合安培力的计算公式求解；

（2）分析导体棒的受力情况，根据平衡条件结合摩擦力的计算公式求解；

（3）根据功能关系结合焦耳定律求解。

【详解】

（1）金属棒到达cd位置前已经开始做匀速运动，根据平衡条件可得：mg=BIL1，

由于

解得：；

（2）由于金属棒切割磁感线时开关会自动断开，不切割时自动闭合，则在棒通过cdfe区域的过程中开关是闭合的，此时棒受到安培力方向垂直于轨道向里；

根据平衡条件可得：mg=μF A，

通过导体棒的电流I′=，则F A=BI′L1，

解得μ=；

（3）金属棒经过efgh 区域时金属棒切割磁感线时开关自动断开，此时导体棒仍匀速运动；

根据功能关系可知产生的总的焦耳热等于克服安培力做的功，而W 克=mgL 2， 则Q 总=mgL 2，

定值电阻R 上产生的焦耳热Q R =Q 总=mgL 2。 【点睛】

对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，根据牛顿第二定律或平衡条件列出方程；另一条是能量，分析涉及电磁感应现象中的能量转化问题，根据动能定理、功能关系等列方程求解。

5．如图所示，两条平行的金属导轨相距L =lm ，金属导轨的倾斜部分与水平方向的夹角为37°，整个装置处在竖直向下的匀强磁场中．金属棒MN 和PQ 的质量均为m =0.2kg ，电阻分别为R MN =1Ω和R PQ =2Ω．MN 置于水平导轨上，与水平导轨间的动摩擦因数μ=0.5，PQ 置于光滑的倾斜导轨上，两根金属棒均与导轨垂直且接触良好．从t =0时刻起，MN 棒在水平外力F 1的作用下由静止开始以a =1m /s 2的加速度向右做匀加速直线运动，PQ 则在平行于斜面方向的力F 2作用下保持静止状态．t =3s 时，PQ 棒消耗的电功率为8W ，不计导轨的电阻，水平导轨足够长，MN 始终在水平导轨上运动．求： （1）磁感应强度B 的大小；

（2）t =0～3s 时间内通过MN 棒的电荷量； （3）求t =6s 时F 2的大小和方向；

（4）若改变F 1的作用规律，使MN 棒的运动速度v 与位移s 满足关系：v =0.4s ，PQ 棒仍然静止在倾斜轨道上．求MN 棒从静止开始到s =5m 的过程中，系统产生的焦耳热．

【答案】（1）B = 2T ；（2）q = 3C ；（3）F 2=-5.2N （负号说明力的方向沿斜面向下）（4）

203

Q J

【解析】 【分析】

t =3s 时，PQ 棒消耗的电功率为8W ，由功率公式P =I 2R 可求出电路中电流，由闭合电路欧姆定律求出感应电动势．已知MN 棒做匀加速直线运动，由速度时间公式求出t =3s 时的速度，即可由公式E =BLv 求出磁感应强度B ；根据速度公式v =at 、感应电动势公式E =BLv 、闭合电路欧姆定律和安培力公式F =BIL 结合，可求出PQ 棒所受的安培力大小，再由平衡条件求解F 2的大小和方向；改变F 1的作用规律时，MN 棒做变加速直线运动，因为速度v 与位移x 成正比，所以电流I 、安培力也与位移x 成正比，可根据安培力的平均值求出安培力做

功，系统产生的热量等于克服安培力，即可得解．【详解】

（1）当t=3s时，设MN的速度为v1，则v1=at=3m/s 感应电动势为：E1=BL v1

根据欧姆定律有：E1=I(R MN+ R PQ)

根据P=I2R PQ

代入数据解得：B=2T

(2)当t＝6 s时，设MN的速度为v2，则

速度为：v2＝at＝6 m/s

感应电动势为：E2＝BLv2＝12 V

根据闭合电路欧姆定律：2

2

4

MN

PQ

E

I A

R R

==

+

安培力为：F安＝BI2L＝8 N

规定沿斜面向上为正方向，对PQ进行受力分析可得：

F2＋F安cos 37°＝mg sin 37°

代入数据得：F2＝－5.2 N(负号说明力的方向沿斜面向下)

(3)MN棒做变加速直线运动，当x＝5 m时，v＝0.4x＝0.4×5 m/s＝2 m/s

因为速度v与位移x成正比，所以电流I、安培力也与位移x成正比，

安培力做功：

120

23

MN PQ

BLv

W BL x J

R R

=-??=-

+

安

【点睛】

本题是双杆类型，分别研究它们的情况是解答的基础，运用力学和电路．关键要抓住安培力与位移是线性关系，安培力的平均值等于初末时刻的平均值，从而可求出安培力做功．

6．如图1所示，水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN和PQ，两导轨间距为l，电阻均可忽略不计。在M和P之间接有阻值为R的定值电阻，导体杆ab质量为m、电阻为r，并与导轨接触良好。整个装置处于方向竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场中。现给ab杆一个初速度v0，使杆向右运动。

（1）当ab杆刚好具有初速度v0时，求此时ab杆两端的电压U；a、b两端哪端电势高；（2）请在图2中定性画出通过电阻R的电流i随时间t变化规律的图象；

（3）若将M和P之间的电阻R改为接一电容为C的电容器，如图3所示。同样给ab杆一个初速度v0，使杆向右运动。请分析说明ab杆的运动情况。

【答案】（1）0Bl R

U R r

=

+v ；a 端电势高（2） （3）当ab 杆以初速度

v 0开始切割磁感线时，产生感应电动势，电路开始给电容器充电，有电流通过ab 杆，杆

在安培力的作用下做减速运动，随着速度减小，安培力减小，加速度也减小，杆做加速度减小的减速运动。当电容器两端电压与感应电动势相等时，充电结束，杆以恒定的速度做匀速直线运动。 【解析】 【分析】

（1）求解产生感应电动势大小，根据全电路欧姆定律求解电流强度和电压，根据右手定则判断电势高低；

（2）分析杆的受力情况和运动情况，确定感应电流变化情况，由此画出图象；

（3）杆在向右运动过程中速度逐渐减小、由此分析安培力的变化，确定运动情况；根据动量定理求解最后的速度大小。 【详解】

（1）ab 杆切割磁感线产生感应电动势： E = Bl v 0 根据全电路欧姆定律：E

I R r

=

+ ab 杆两端电压即路端电压：U IR = 解得0Bl R

U R r

=

+v ；a 端电势高。 （2）杆在向右运动过程中速度逐渐减小、感应电动势逐渐减小，根据闭合电路的欧姆定律可得感应电流逐渐减小，通过电阻R 的电流i 随时间变化规律的图象如图所示：

（3）当ab 杆以初速度v 0开始切割磁感线时，产生感应电动势，电路开始给电容器充电，有电流通过ab 杆，杆在安培力的作用下做减速运动，随着速度减小，安培力减小，加速度也减小，杆做加速度减小的减速运动。当电容器两端电压与感应电动势相等时，充电结束，杆以恒定的速度做匀速直线运动。 【点睛】

对于电磁感应问题研究思路常常有两条：一条从力的角度，重点是分析安培力作用下物体的平衡问题；另一条是能量，分析电磁感应现象中的能量如何转化是关键。

7．如图甲所示，两根完全相同的光滑平行导轨固定，每根导轨均由两段与水平面成θ＝30°的长直导轨和一段圆弧导轨平滑连接而成，导轨两端均连接电阻，阻值R 1＝R 2＝2Ω，导轨间距L ＝0.6m ．在右侧导轨所在斜面的矩形区域M 1M 2P 2P 1内分布有垂直斜面向上的磁

场，磁场上下边界M1P1、M2P2的距离d＝0.2m，磁感应强度大小随时间的变化规律如图乙所示．t＝0时刻，在右侧导轨斜面上与M1P1距离s＝0.1m处，有一根阻值r＝2Ω的金属棒ab垂直于导轨由静止释放，恰好独立匀速通过整个磁场区域，取重力加速度g＝

10m/s2，导轨电阻不计．求：

(1)ab在磁场中运动速度的大小v；

(2)在t1＝0.1s时刻和t2＝0.25s时刻电阻R1的电功率之比；

(3)整个过程中，电路产生的总热量Q．

【答案】（1）1m/s（2）4:1（3）0．01 J

【解析】

试题分析：（1）由mgs·sinθ=mv2

得

（2）棒从释放到运动至M1P1的时间

在t1＝0．1 s时，棒还没进入磁场，有

此时，R2与金属棒并联后再与R1串联

R总＝3 Ω

由图乙可知，t=0．2s后磁场保持不变，ab经过磁场的时间

故在t2＝0．25 s时ab还在磁场中运动，电动势E2＝BLv=0．6V

此时R1与R2并联，R总=3Ω，得R1两端电压U1′＝0．2V

电功率，故在t1＝0．1 s和t2＝0．25 s时刻电阻R1的电功率比值

（3）设ab的质量为m，ab在磁场中运动时，通过ab的电流

ab受到的安培力F A＝BIL

又mgsinθ= BIL

解得m=0．024kg

在t=0～0．2s时间里，R2两端的电压U2=0．2V，产生的热量

ab最终将在M2P2下方的轨道区域内往返运动，到M2P2处的速度为零，由功能关系可得在

t=0．2s 后，整个电路最终产生的热量Q=mgdsinθ+mv 2=0．036J 由电路关系可得R 2产生的热量Q 2=Q=0．006J 故R 2产生的总热量Q 总= Q 1+ Q 2=0．01 J

考点：法拉第电磁感应定律、欧姆定律、能量守恒定律

【名师点睛】本题是法拉第电磁感应定律、欧姆定律以及能量守恒定律等知识的综合应用，关键要搞清电路的连接方式及能量转化的关系，明确感应电动势既与电路知识有关，又与电磁感应有关．

8．如图所示，在水平面上固定一光滑金属导轨HGDEF ，EF ∥GH ，DE =EF =DG =GH =EG =L ．一质量为m 足够长导体棒AC 垂直EF 方向放置于在金属导轨上，导轨与导体棒单位长度的电阻均为r ．整个装置处在方向竖直向下、磁感应强度为B 的匀强磁场中．现对导体棒AC 施加一水平向右的外力，使导体棒从D 位置开始以速度v 0沿EF 方向做匀速直线运动，导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触．

(1)求导体棒运动到FH 位置，即将离开导轨时，FH 两端的电势差．

(2)关于导体棒运动过程中回路产生感应电流，小明和小华两位同学进行了讨论．小明认 为导体棒在整个运动过程中是匀速的，所以回路中电流的值是恒定不变的；小华则认 为前一过程导体棒有效切割长度在增大，所以电流是增大的，后一过程导体棒有效切 割长度不变，电流才是恒定不变的．你认为这两位同学的观点正确吗?请通过推算证 明你的观点． (3)求导体棒从D 位置运动到EG 位置的过程中，导体棒上产生的焦耳热． 【答案】(1)045FH U BLv = (2)两个同学的观点都不正确 (3)2203B L v Q '= 【解析】 【分析】 【详解】

(1)导体棒运动到FH 位置，即将离开导轨时，由于切割磁感线产生的电动势为E =BLv 0在电路中切割磁感线的那部分导体相当于电源，则此时可将电路等效为：

可以将切割磁感线的FH 棒看成电动势为E ，内阻为r 的电源，

根据题意知，外电路电阻为R =4r ，

再根据闭合电路欧姆定律得FH 间的电势差：0044

45

FH R r U E BLv BLv R r r r ===++ (2)两个同学的观点都不正确

取AC 棒在D 到EG 运动过程中的某一位置，MN 间距离设为x ，

则由题意有：DM =NM =DN =x

则此时切割磁感线的有效长度为x ，则回路中产生的感应电动势E =Bxv 0 回路的总电阻为R =3rx 据欧姆定律知电路中电流为00

33Bxv Bv E I R rx r

=

==，即此过程中电流是恒定的； 当导体棒由EG 棒至FH 的过程中，由于切割磁感线的导体长度一定，故产生的感应电动势恒定，但电路中电阻是随运动而增加的据欧姆定律可得，电路中的电流是减小的． (3)设任意时刻沿运动方向的位移为s ,如图所示：

则3

2

s x =

安培力与位移的关系为2200233A B v x B v s

F BIx r ===

AC 棒在DEG 上滑动时产生的电热，数值上等于克服安培力做的功，

又因为A F s ∝，所以22

03032212

A

B L v F Q L +=?=

因为导体棒从D 至EG 过程中，导体棒的电阻始终是回路中电阻的

13

， 所以导体棒中产生的焦耳热22033B L v Q

Q '==

9．如图所示，在水平地面MN 上方空间存在一垂直纸面向里、磁感应强度B =1T 的有界匀强磁场区域，上边界EF 距离地面的高度为H ．正方形金属线框abcd 的质量m =0.02kg 、边长L = 0.1m （L

(1)若线框从h =0.45m 处开始下落，求线框ab 边刚进入磁场时的加速度； (2)若要使线框匀速进入磁场，求h 的大小；

(3)求在(2)的情况下，线框产生的焦耳热Q 和通过线框截面的电量q . 【答案】(1)22.5m/s a = (2)0.8m h = (3) 0.02J Q =,0.05C q = 【解析】 【分析】 【详解】

(1)当线圈ab 边进入磁场时，由自由落体规律：123m/s v gh == 棒切割磁感线产生动生电动势：1E BLv =

通电导体棒受安培力0.15N BLE

F BIL R

=== 由牛顿第二定律：mg F ma -=

解得：22.5m/s a =

(2)匀速进磁场，由平衡知识：mg F = 由2v gh BLv

I R

=

，代入可解得：0.8m h =

(3)线圈cd 边进入磁场前线圈做匀速运动，由能量守恒可知重力势能变成焦耳热

0.02J Q mgL ==

通过线框的电量2

0.05C BL q It R R

φ?====

【点睛】

当线框能匀速进入磁场，则安培力与重力相等；而当线框加速进入磁场时，速度在增加，安培力也在变大，导致加速度减小，可能进入磁场时已匀速，也有可能仍在加速，这是由进入磁场的距离决定的．

10．如图所示，导线全部为裸导线，半径为r 的圆内有垂直于平面的匀强磁场，磁感应强度为B ，一根长度大于2r 的导线MN 以速度v 在圆环上自左向右匀速滑动，电路的固定电阻为R ，其余电阻忽略不计．试求MN 从圆环的左端到右端的过程中电阻R 上的电流强度的平均值及通过的电荷量．

【答案】2Brv R π2

B r R

π

【解析】

试题分析：由于ΔΦ＝B·ΔS ＝B·πr 2，完成这一变化所用的时间2t=r v

? 故2

Brv

E t π?Φ=

=? 所以电阻R 上的电流强度平均值为2E Brv

I R R

π=

= 通过R 的电荷量为2

·B r q I t R

π?＝＝

考点：法拉第电磁感应定律；电量

11．桌面上放着一个单匝矩形线圈，线圈中心上方一定高度上有一竖立的条形磁体（如图），此时线圈内的磁通量为0.04Wb 。把条形磁体竖放在线圈内的桌面上时，线圈内磁通量为0.12Wb 。分别计算以下两个过程中线圈中的感应电动势。 （1）把条形磁体从图中位置在0.5s 内放到线圈内的桌面上；

（2）换用100匝的矩形线圈，线圈面积和原单匝线圈相同，把条形磁体从图中位置在0.1s 内放到线圈内的桌面上。

【答案】（1）0.16V ；（2）80V 【解析】 【分析】 【详解】

（1）根据法拉第电磁感应定律，把条形磁体从图中位置在0.5s 内放到线圈内的桌面上线圈中的感应电动势

0.120.04

V 0.16V 0.5

E t ??-=

==? （2）换用100匝的矩形线圈条形磁体从图中位置在0.1s 内放到线圈内的桌面上的感应电动势

0.120.04100V 80V 0.1

E n

t ??-==?=?

12．如图1所示，固定于水平面的U 形导线框处于竖直向下、磁感应强度为B 0的匀强磁场中，导线框两平行导轨间距为l ，左端接一电动势为E 0、内阻不计的电源．一质量为m 、电阻为r 的导体棒MN 垂直导线框放置并接触良好．闭合开关S ，导体棒从静止开始运动．忽略摩擦阻力和导线框的电阻，平行轨道足够长．请分析说明导体棒MN 的运动情况，在图2中画出速度v 随时间t 变化的示意图；并推导证明导体棒达到的最大速度为

0m E v B l

=

【答案】导体棒做加速度逐渐减小的加速运动，达到最大速度时，加速度

a =0；

【解析】 【分析】

导体棒在向右运动的过程中会切割磁感线产生感应电动势，与回路中的电源形成闭合回路，根据闭合电路的欧姆定律求得电流，结合牛顿第二定律判断出速度的变化； 【详解】

解：闭合开关s 后，线框与导体棒组成的回路中产生电流，导体棒受到安培力开始加速运动，假设某一时刻的速度为v ，此时导体棒切割产生的感应电动势为E Blv '= 初始阶段0E E '< 回路中的电流为：000E E E B lv

I r r

-'-=

= 导体棒受到的安培力为0

00·E blv

F B Il B l r

-==，方向水平向右 因此,导体棒的加速度为000·B l E B lv F a m m r

-==，方向水平向右，即与v 方向相同，随速度的增加，加速度减小，但仍与v 同方向，因此，导体棒做加速度逐渐减小的加速运动，达到最大速度时，加速度a =0，即有：0m E BIv =，解得0

0m E v B l

=

图象为

13．如图所示，电阻1r =Ω的金属棒ab 放在水平光滑平行导轨PQMN 上（导轨足够长），ab 棒与导轨垂直放置，导轨间间距30cm L =，导轨上接有一电阻5R =Ω，整个导轨置于竖直向下的磁感强度1T B =的匀强磁场中，其余电阻均不计．现使ab 棒以速度

2.0m/s v =向右作匀速直线运动，试求：

（1）ab 棒中的电流大小 （2）R 两端的电压U

（3）ab 棒所受的安培力大小ab F 和方向．

【答案】（1）0.1A ；（2）0.5V ；（3）0.03N ；方向水平向左

【解析】（1）金属棒ab 切割磁感线产生的感应电动势为

10.32V 0.6V E BLv ==??=，电路中的电流为0.6

A 0.1A 15

E I R r =

==++． 由右手定则判断可以知道ab 中感应电流方向由b a →． （2）金属棒ab 两端的电压为0.15V 0.5V ab U IR ==?=；

（3）金属棒ab 所受的安培力为10.10.3N 0.03N A F BIL ==??=，由左手定则知方向水平向左．

14．如图甲所示，两竖直放置的平行金属导轨，导轨间距L =0.50m ，导轨下端接一电阻R =5Ω的小灯泡，导轨间存在一宽h =0.40m 的匀强磁场区域，磁感应强度B 按图乙所示规律变化，t =0时刻一金属杆自磁场区域上方以某一初速度沿导轨下落，t 1时刻金属杆恰好进入磁场，直至穿越磁场区域，整改过程中小灯泡的亮度始终保持不变．已知金属杆的质量m =0.10kg ，金属杆下落过程中始终保持水平且与导轨良好接触，不计金属杆及导轨的电阻，g 取10m/s 2．求：

（1）金属杆进入磁场时的速度v ； （2）图乙中t 1的数值；

（3）整个过程中小灯泡产生的总焦耳热Q ．

【答案】（1）5m/s （2）0.04s （3）0.6J 【解析】

解：（1）金属杆进入磁场时受力平衡mg BIL =

E I R

=

E BLv =

整理得22

5m /s mgR

v B L =

= （2）根据法拉第电磁感应定律1

B

E Lh t ?=

? 0

1

B B BLv Lh t -=

? ()0100.04s

B B h t B v

-=

=

（3）整个过程中小灯泡产生的总焦耳热()2

12E Q t t R =+

20.08s h

t v

=

= 解得：0.6J Q =

15．两根足够长的光滑直金属导轨平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L ，且接有阻值为R 的电阻。整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上。导轨和金属杆的电阻可忽略。让金属杆MN 由静止沿导轨开始下滑.求：

（1）当导体棒的速度为v （未达到最大速度）时，通过MN 棒的电流大小和方向； （2）导体棒运动的最大速度. 【答案】(1) Blv

I R =,方向为从N 到M (2)22

sin m mgR v B L θ= 【解析】 【详解】

（1）当导体棒的速度为v 时，产生的感应电动势为E Blv = 回路中的电流大小为Blv

I R

=

由右手定则可知电流方向为从N 到M

（2）导体棒在磁场中运动时，所受安培力大小为

22B L v

F ILB R

== 由左手定则可知，安培力方向沿斜面向上当导体棒的加速度为零时，速度最大即：

22sin m

B L v mg R

θ=

可解得最大速度为:

22

sin m mgR v B L θ

=

答：（1）当导体棒的速度为v （未达到最大速度）时，通过MN 棒的电流大小为Blv

I R

=,方向为从N 到M ；

（2）导体棒运动的最大速度22

sin m mgR v B L θ

=