F安?BIl
联立得
I?mg Bl根据左手定则判断I的方向为P到Q。 (3) 根据能量守恒可知，A上升h高度的过程中，电源将其它形式的能量转化为电能，再将电能转化为其他形式能量，则有
qE?Q?则回路中的电热为
1?m?M?v2?mgh 21?m?M?v2 2Q?qE?mgh?
9．如图所示，竖直固定的足够长的光滑金属导轨MN、PQ，间距L=0.2m，其电阻不计.完全相同的两根金属棒ab、cd垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终良好接触.已知两棒质量均为m=0.01kg，电阻均为R=0.2Ω，棒cd放置在水平绝缘平台上，整个装置处在垂直于导轨平面向里的匀强磁场中，磁感应强度B=1.0T.棒ab在竖直向上的恒力F作用下由静止开始向上运动，当ab棒运动位移x=0.1m时达到最大速度，此时cd棒对绝缘平台的压力恰好为零，重力加速度g取10m/s2.求： (1)恒力F的大小；
(2)ab棒由静止到最大速度通过ab棒的电荷量q； (3)ab棒由静止到达到最大速度过程中回路产生的焦耳热Q.
【答案】(1)0.2N(2)0.05C(3)5×10-3J 【解析】 【详解】
(1)当棒ab达到最大速度时，对ab和cd的整体：
F?2mg?0.2N
(2) ab棒由静止到最大速度通过ab棒的电荷量
q?It
BLxE I??t2R2R解得
q?BLx1?0.2?0.1?C?0.05C 2R2?0.2 BIL=mg
(3)棒ab达到最大速度vm时，对棒cd有 由闭合电路欧姆定律知
I＝棒ab切割磁感线产生的感应电动势
E 2RE=BLvm
代入数据解得
vm=1m/s
ab棒由静止到最大速度过程中，由能量守恒定律得
?F?mg?x＝代入数据解得
1mvm2?Q 2Q=5×10-3J
10．“801所”设计的磁聚焦式霍尔推进器可作为太空飞船的发动机，其原理如下：系统捕获宇宙中大量存在的等离子体(由电量相同的正、负离子组成)经系统处理后，从下方以恒定速率v1向上射入有磁感应强度为B1、垂直纸面向里的匀强磁场区域Ⅰ内．当栅极MN、PQ间形成稳定的电场后，自动关闭区域Ⅰ系统(关闭粒子进入通道、撤去磁场B1)．区域Ⅱ内有磁感应强度大小为B2、垂直纸面向外的匀强磁场，磁场右边界是直径为D、与上下极板相切的半圆(圆与下板相切于极板中央A)．放在A处的放射源能够向各个方向均匀发射速度大小相等的氙原子核，氙原子核经过该区域后形成宽度为D的平行氙粒子束，经过栅极MN、PQ之间的电场加速后从PQ喷出，在加速氙原子核的过程中探测器获得反向推力(不计氙原子核、等离子体的重力，不计粒子之间相互作用于相对论效应)．已知极板长RM=2D，栅极MN和PQ间距为d，氙原子核的质量为m、电荷量为q，求：
(1)氙原子核在A处的速度大小v2； (2)氙原子核从PQ喷出时的速度大小v3；
(3)因区域Ⅱ内磁场发生器故障，导致区域Ⅱ中磁感应强度减半并分布在整个区域Ⅱ中，求能进入区域Ⅰ的氙原子核占A处发射粒子总数的百分比．
2221B2Dq8Bvqdm?BDq （3）0112 （2） 【答案】（1） ?FAN?90232m4m【解析】 【分析】 【详解】
2v2（1）离子在磁场中做匀速圆周运动时：B2qv2?m
r根据题意，在A处发射速度相等，方向不同的氙原子核后，形成宽度为D的平行氙原子核束，即r?则：v2?D 2B2Dq 2m（2）等离子体由下方进入区域I后，在洛伦兹力的作用下偏转，当粒子受到的电场力等于洛伦兹力时，形成稳定的匀强电场，设等离子体的电荷量为q? ，则Eq??B1v1q? 即E?B1v1
氙原子核经过区域I加速后，离开PQ的速度大小为v3 ，根据动能定理可知：
Uq?1212mv3?mv2 22其中电压U?Ed?B1v1d
2228B1v1qdm?B2Dq联立可得v3? 24m?之后，根据r??（3）根据题意，当区域Ⅱ中的磁场变为B2mv可知，r??2r?D ?qB2
①根据示意图可知，沿着AF方向射入的氙原子核，恰好能够从M点沿着轨迹1进入区域I，而沿着AF左侧射入的粒子将被上极板RM挡住而无法进入区域I．
该轨迹的圆心O1，正好在N点，AO1?MO1?D，所以根据几何关系关系可知，此时
?FAN?900；
②根据示意图可知，沿着AG方向射入的氙原子核，恰好从下极板N点沿着轨迹2进入区域I，而沿着AG右侧射入的粒子将被下极板SN挡住而无法进入区域I．
AO2?AN?NO2?D，所以此时入射角度?GAN?300．
根据上述分析可知，只有?FAG?600这个范围内射入的粒子还能进入区域I．该区域的
6001粒子占A处总粒子束的比例为?== 01803
11．如图所示，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R的电阻．质量为m的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下．当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v．导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触．求：
（1）MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I； （2）MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a； （3）PQ刚要离开金属杆时，感应电流的功率P．
Bdv0B2d2v0B2d2(v0?v)2【答案】（1）；（2）；（3）；
RmRR【解析】 【分析】
本题的关键在于导体切割磁感线产生电动势E=Blv，切割的速度（v）是导体与磁场的相对速度，分析这类问题，通常是先电后力，再功能．
（1）根据电磁感应定律的公式可得知产生的电动势，结合闭合电路的欧姆定律，即可求得MN刚扫过金属杆时，杆中感应电流的大小I；
（2）根据第一问求得的电流，利用安培力的公式，结合牛顿第二定律，即可求得MN刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a；
（3）首先要得知，PQ刚要离开金属杆时，杆切割磁场的速度，即为两者的相对速度，然后结合感应电动势的公式以及功率的公式即可得知感应电流的功率P．
【详解】
（1）感应电动势 E?Bdv0感应电流I?Bdv0E
解得I? RR
B2d2v0（2）安培力 F?BId 牛顿第二定律 F?ma解得a?
mR（3）金属杆切割磁感线的速度v?=v0?v，则
B2d2(v0?v)2E2感应电动势 E?Bd(v0?v)电功率P? 解得P?
RR【点睛】
该题是一道较为综合的题，考查了电磁感应，闭合电路的欧姆定律以及电功电功率．对于法拉第电磁感应定律是非常重要的考点，经常入选高考物理压轴题，平时学习时要从以下几方面掌握． （1）切割速度v的问题
切割速度的大小决定了E的大小；切割速度是由导体棒的初速度与加速度共同决定的．同时还要注意磁场和金属棒都运动的情况，切割速度为相对运动的速度；不难看出，考电磁感应的问题，十之八九会用到牛顿三大定律与直线运动的知识． （2）能量转化的问题
电磁感应主要是将其他形式能量（机械能）转化为电能，可由于电能的不可保存性，很快又会想着其他形式能量（焦耳热等等）转化． （3）安培力做功的问题
电磁感应中，安培力做的功全部转化为系统全部的热能，而且任意时刻安培力的功率等于系统中所有电阻的热功率． （4）动能定理的应用
动能定理当然也能应用在电磁感应中，只不过同学们要明确研究对象，我们大多情况下是通过导体棒的．固定在轨道上的电阻，速度不会变化，显然没有用动能定理研究的必要．
12．如图所示，两平行光滑不计电阻的金属导轨竖直放置，导轨上端接一阻值为R的定值电阻，两导轨之间的距离为d．矩形区域abdc内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，ab、cd之间的距离为L．在cd下方有一导体棒MN，导体棒MN与导轨垂直，与cd之间的距离为H，导体棒的质量为m，电阻为r．给导体棒一竖直向上的恒力，导体棒在恒力F作用下由静止开始竖直向上运动，进入磁场区域后做减速运动．若导体棒到达ab处的速度为v0，重力加速度大小为g．求：
物理电磁感应现象的两类情况的专项培优易错试卷练习题附答案解析
