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 gl θ
=
则ab 棒开始下滑的位置离EF 的距离
2
1232
x h at l l =
+= (3)ab 棒在区域Ⅱ中运动时间
222sin x
l l
t v g θ=
= ab 棒从开始下滑至EF 的总时间
222
sin x l
t t t g θ
=+= 感应电动势：
12sin E Blv Bl gl θ==
ab 棒开始下滑至EF 的过程中回路中产生的热量：
Q ＝EIt ＝4mgl sin θ
2．如图所示，两根相距为L 的光滑平行金属导轨CD 、EF 固定在水平面内，并处在竖直向下的匀强磁场中，导轨足够长且电阻不计．在导轨的左端接入阻值为R 的定值电阻，将质量为m 、电阻可忽略不计的金属棒MN 垂直放置在导轨上，可以认为MN 棒的长度与导轨宽度相等，且金属棒运动过程中始终与导轨垂直并接触良好，不计空气阻力．金属棒MN 以恒定速度v 向右运动过程中，假设磁感应强度大小为B 且保持不变，为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷．
（1）请根据法拉第电磁感应定律，推导金属棒MN 中的感应电动势E ；
（2）在上述情景中，金属棒MN 相当于一个电源，这时的非静电力与棒中自由电荷所受洛伦兹力有关．请根据电动势的定义，推导金属棒MN 中的感应电动势E ．
（3）请在图中画出自由电荷所受洛伦兹力示意图．我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功．那么，金属棒MN 中的自由电荷所受洛伦兹力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请结合图中自由电荷受洛伦兹力情况，通过计算分析说明．
【答案】（1）E BLv =；（2）v E BL =（3）见解析 【解析】 【分析】
(1)先求出金属棒MN 向右滑行的位移,得到回路磁通量的变化量∆Φ ,再由法拉第电磁感应定律求得E 的表达式;
(2)棒向右运动时,电子具有向右的分速度,受到沿棒向下的洛伦兹力，1v f e B =,棒中电子在洛伦兹力的作用下,电子从M 移动到N 的过程中,非静电力做功v W e Bl =,根据电动势定义
W
E q
=
计算得出E. （3）可以从微观的角度求出水平和竖直方向上的洛伦兹力做功情况，在比较整个过程中做功的变化状况． 【详解】
（1）如图所示，在一小段时间∆t 内，金属棒MN 的位移 x v t ∆=∆
这个过程中线框的面积的变化量S L x Lv t ∆=∆=∆ 穿过闭合电路的磁通量的变化量
B S BLv t ∆Φ=∆=∆
根据法拉第电磁感应定律 E t
∆Φ
=∆ 解得 E BLv =
（2）如图所示，棒向右运动时，正电荷具有向右的分速度，受到沿棒向上的洛伦兹力
1v f e B =，f 1即非静电力
在f 的作用下，电子从N 移动到M 的过程中，非静电力做功
v W e BL =
根据电动势定义 W E q
= 解得 v E BL =
（3）自由电荷受洛伦兹力如图所示．
设自由电荷的电荷量为q ，沿导体棒定向移动的速率为u ．
如图所示，沿棒方向的洛伦兹力1f q B =v ，做正功11ΔΔW f u t q Bu t =⋅=v 垂直棒方向的洛伦兹力2f quB =，做负功
22ΔΔW f v t quBv t =-⋅=-
所以12+=0W W ，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零．
1f 做正功，将正电荷从N 端搬运到M 端，1f 相当于电源中的非静电力，宏观上表现为“电
动势”，使电源的电能增加；2f 做负功，宏观上表现为安培力做负功，使机械能减少．大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将机械能转化为等量的电能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用． 【点睛】
本题较难，要从电动势定义的角度上去求电动势的大小，并学会从微观的角度分析带电粒子的受力及做功情况．
3．如图所示，光滑的长平行金属导轨宽度d=50cm ，导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，导轨上端电阻R=0.8Ω，其他电阻不计．导轨放在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.4T ．金属棒ab 从上端由静止开始下滑，金属棒ab 的质量m=0.1kg ．（sin37°=0.6，g=10m/s 2）
（1）求导体棒下滑的最大速度；
（2）求当速度达到5m/s 时导体棒的加速度；
（3）若经过时间t ，导体棒下滑的垂直距离为s ，速度为v ．若在同一时间内，电阻产生的热与一恒定电流I 0在该电阻上产生的热相同，求恒定电流I 0的表达式（各物理量全部用字母表示）．
【答案】（1）18.75m/s （2）a=4.4m/s 2
（32
22mgs mv Rt
-
【解析】
【分析】根据感应电动势大小与安培力大小表达式，结合闭合电路欧姆定律与受力平衡方程，即可求解；根据牛顿第二定律，由受力分析，列出方程，即可求解；根据能量守恒求解；
解：（1）当物体达到平衡时，导体棒有最大速度，有：sin cos mg F θθ= ， 根据安培力公式有： F BIL =， 根据欧姆定律有： cos E BLv I
R R
θ==， 解得： 222sin 18.75cos mgR v B L θ
θ
=
=；
（2）由牛顿第二定律有：sin cos mg F ma θθ-= ， cos 1BLv I A R
θ
=
=， 0.2F BIL N ==， 24.4/a m s =；
（3）根据能量守恒有：22012
mgs mv I Rt =
+ ， 解得： 2
02mgs mv
I Rt
-=
4．如图(a )所示，一个电阻值为R 、匝数为n 的圆形金属线圈与阻值为2R 的电阻R 1连接成闭合回路，线圈的半径为r 1, 在线圈中半径为r 2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B 随时间t 变化的关系图线如图(b )所示，图线与横、纵轴的截距分别为t 0和B 0，导线的电阻不计．求
(1) 0~t 0时间内圆形金属线圈产生的感应电动势的大小E ； (2) 0~t 1时间内通过电阻R 1的电荷量q ．
【答案】（1）2020n B r E t π=（2）2
0120
3n B t r q Rt π=
【解析】 【详解】
（1）由法拉第电磁感应定律E n t
φ
∆=∆有2020n B r B E n S t t π∆==∆ ① （2）由题意可知总电阻 R 总=R +2R =3 R ②
由闭合电路的欧姆定律有电阻R 1中的电流E
I R =
总
③ 0~t 1时间内通过电阻R1的电荷量1q It = ④
由①②③④式得2
01203n B t r q Rt π=
5．如图所示，两平行光滑的金属导轨MN 、PQ 固定在水平面上，相距为L ，处于竖直向下的磁场中，整个磁场由n 个宽度皆为x0的条形匀强磁场区域1、2、3、…n 组成，从左向右依次排列，磁感应强度的大小分别为B 、2B 、3B 、…nB ，两导轨左端MP 间接入电阻R ，一质量为m 的金属棒ab 垂直于MN 、PQ 放在水平导轨上，与导轨电接触良好，不计导轨和金属棒的电阻。
（1）对导体棒ab 施加水平向右的力，使其从图示位置开始运动并穿过n 个磁场区，求导体棒穿越磁场区1的过程中，通过电阻R 的电荷量q 。
（2）对导体棒ab 施加水平向右的恒力F0，让它从磁场1左侧边界处开始运动，当向右运动距离为时做匀速运动，求棒通过磁场区1所用的时间t 。
（3）对导体棒ab 施加水平向右的恒定拉力F1，让它从距离磁场区1左侧x=x0的位置由静止开始做匀加速运动，当棒ab 进入磁场区1时开始做匀速运动，此后在不同的磁场区施加不同的水平拉力，使棒ab 保持该匀速运动穿过整个磁场区，求棒ab 通过第i 磁场区时的水平拉力Fi 和棒ab 通过整个磁场区过程中回路产生的电热Q 。
【答案】⑴；⑵；⑶
【解析】
试题分析:⑴电路中产生的感应电动势。
通过电阻的电荷量。
导体棒穿过1区过程。
解得
（2）棒匀速运动的速度为v ，则
设棒在前x0/2距离运动的时间为t1，则 由动量定律：F0 t 1-BqL=mv ；解得：
设棒在后x0/2匀速运动的时间为t2，则
所以棒通过区域1所用的总时间：
（3）进入1区时拉力为，速度，则有。
解得；。
进入i 区时的拉力。
导体棒以后通过每区都以速度做匀速运动，由功能关系有
解得。
考点：动能定理的应用；导体切割磁感线时的感应电动势；电磁感应中的能量转化
6．如图所示，在匀强磁场中有一足够长的光滑平行金属导轨，与水平面间的夹角θ＝30°，间距L ＝0.5 m ，上端接有阻值R ＝0.3 Ω的电阻．匀强磁场的磁感应强度大小B ＝0.4 T ，磁场方向垂直导轨平面向上．一质量m ＝0.2 kg ，电阻r ＝0.1 Ω的导体棒MN ，在平行于导轨的外力F 作用下，由静止开始向上做匀加速运动，运动过程中导体棒始终与导轨垂直，且接触良好．当棒的位移d ＝9 m 时，电阻R 上消耗的功率为P ＝2.7 W ．其它电阻不计，g 取10 m/s 2.求：
(1)此时通过电阻R 上的电流； (2)这一过程通过电阻R 上的电荷量q ； (3)此时作用于导体棒上的外力F 的大小． 【答案】（1）3A （2）4.5C （3）2N 【解析】 【分析】 【详解】
(1)根据热功率：P ＝I 2R ， 解得：3A P
I R
=
= (2)回路中产生的平均感应电动势：E n
t
φ∆=∆
由欧姆定律得：+E I R r
=
得电流和电量之间关系式：q I t n R r
φ
∆=⋅∆=+ 代入数据得： 4.5C BLd
q R r
=
=+ (3)此时感应电流I ＝3A ，由E BLv
I R r R r
==++ 解得此时速度：()6m/s I R r v BL
+=
=
由匀变速运动公式：v 2＝2ax ，
解得：2
22m/s 2v a d
==
对导体棒由牛顿第二定律得：F －F 安－mgsin30°＝ma ， 即：F －BIL －mgsin30°＝ma ， 解得：F ＝ma ＋BIL ＋mgsin30°＝2 N 【点睛】
本题考查电功率，电量表达式及电磁感应电动势表达式结合牛顿第二定律求解即可，难度不大，本题中加速度的求解是重点． 【考点】
动生电动势、全电路的欧姆定律、牛顿第二定律.
7．如图所示，两根间距为L 的平行金属导轨，其cd 右侧水平，左侧为竖直的
1
4
画弧，圆弧半径为r ，导轨的电阻与摩擦不计，在导轨的顶端接有阻值为R 1的电阻，整个装置处在竖直向上的匀强磁场中。
现有一根阻值为R 2、质量为m 的金属杆，在水平拉力作用下，从图中位置ef 由静止开始做加速度为a 的匀加速直线运动，金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好。
开始运动后，经时间t 1，金属杆运动到cd 时撤去拉力，此时理想电压表的示数为U ，此后全属杆恰好能到达圆弧最高处ab 。
重力加速度为g 。
求：
（1）金属杆从ef 运动到cd 的过程中，拉力F 随时间t 变化的表达式； （2）金属杆从ef 运动到cd 的过程中，电阻R 1上通过的电荷量； （3）金属杆从cd 运动到ab 的过程中，电阻R1上产生的焦耳热。
【答案】(1)21222
11()U R R t F ma R at +=+；(2)11
2Ut q R =；(3)22
11121()2R Q ma h mgr R R =-+
【解析】 【分析】
利用法拉第电磁感应定律和电流公式联合求解。
根据能量守恒定律求出回路产生的总焦耳热，再求出R 1上产生的焦耳热。
【详解】
(1) 金属杆运动到cd 时，由欧姆定律可得 11
U I R = 由闭合电路的欧姆定律可得 E 1＝I 1(R 1＋R 2) 金属杆的速度 v 1＝at 1
由法拉第电磁感应定律可得 E 1＝BLv 1 解得：1211()
U R R B R Lat +=
；
由开始运动经过时间t ，则 v=at 感应电流12
BLv
I R R =
+
金属杆受到的安培力 F 安 =BIL 由牛顿运动定律 F －F 安＝ma
可得21222
11
()U R R t
F ma R at +=+； (2) 金属杆从 ef 运动到cd 过程中，位移2112
x at = 电阻R 1上通过的电荷量：
q I t =∆
12
E
I R R =
+
E t ∆Φ
=
∆ B S ∆Φ=∆
S xL ∆=
联立解得：1
1
2Ut q R =
； (3) 金属杆从cd 运动到ab 的过程中，由能量守恒定律可得
2
12
Q mv mgr =
- 因此电阻R 1上产生的焦耳热为
1
112
R Q Q R R =
+ 可得
22 1
1
12
1
()
2
R
Q ma h mgr
R R
=-
+。
【点睛】
此题为一道综合题，牵涉知识点较多，明确求电动势、安培力、焦耳热的方法是解题的关键，灵活利用法拉第电磁感应定律和能量守恒的结论是解题的捷径。
8．现代人喜欢到健身房骑车锻炼，某同学根据所学知识设计了一个发电测速装置，如图所示。
自行车后轮置于垂直车身平面向里的匀强磁场中，后轮圆形金属盘在磁场中转动时，可等效成一导体棒绕圆盘中心O转动。
已知磁感应强度B=0．5T，圆盘半径l=0．3m，圆盘电阻不计。
导线通过电刷分别与后轮外边缘和圆心O相连，导线两端a、b间接一阻值R=10Ω的小灯泡。
后轮匀速转动时，用电压表测得a、b间电压U=0．6V。
（1）与a连接的是电压表的正接线柱还是负接线柱？
（2）圆盘匀速转动10分钟，则此过程中产生了多少电能？
（3）自行车车轮边缘线速度是多少？
【答案】（1）a点接电压表的负接线柱；（2）21.6
Q J
= (3)8/
v m s
=
【解析】
试题分析：（1）根据右手定则，轮子边缘点是等效电源的负极，则a点接电压表的负接线柱；
（2）根据焦耳定律
2
U
Q t
R
=
代入数据得Q=21．6J
（3）由2
1
2
U Blω
=
得v=lω=8m/s
考点：右手定则；焦耳定律；法拉第电磁感应定律
【名师点睛】本题关键是明确电压的测量原理，然后结合法拉第电磁感应定律、线速度与角速度的关系、机械能的概念列式求解，不难。
9．如图甲所示为发电机的简化模型，固定于绝缘水平桌面上的金属导轨，处在方向竖直向下的匀强磁场中，导体棒ab在水平向右的拉力F作用下，以水平速度v沿金属导轨向右做匀速直线运动，导体棒ab始终与金属导轨形成闭合回路．已知导体棒ab的长度恰好等于平行导轨间距l，磁场的磁感应强度大小为B，忽略摩擦阻力．
(1)求导体棒ab 运动过程中产生的感应电动势E 和感应电流I ；
(2)从微观角度看，导体棒切割磁感线产生感应电动势是由于导体内部的自由电荷受到沿棒方向的洛伦兹力做功而产生的．如图乙(甲图中导体棒ab )所示，为了方便，可认为导体棒ab 中的自由电荷为正电荷，每个自由电荷的电荷量为q ，设导体棒ab 中总共有N 个自由电荷．
a.求自由电荷沿导体棒定向移动的速率u ；
b.请分别从宏观和微观两个角度，推导非静电力做功的功率等于拉力做功的功率．
【答案】(1) Blv F Bl (2) F NqB 宏观角度 【解析】
(1)根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E Blv =
导体棒水平向右匀速运动，受力平衡，则有F BIl F ==安 联立解得：F I Bl
=
(2)a 如图所示：
每个自由电荷沿导体棒定向移动，都会受到水平向左的洛伦兹力1f quB =
所有自由电荷所受水平向左的洛伦兹力的合力宏观表现为安培力F 安
则有：1F Nf NquB F ===安
解得：F u NqB
= B, 宏观角度：非静电力对导体棒ab 中所有自由电荷做功的功率等于感应电源的电功率，则有：P P EI Fv ===非电
拉力做功的功率为：P Fv =拉
因此P P =非拉， 即非静电力做功的功率等于拉力做功的功率；
微观角度：如图所示：
对于一个自由电荷q ，非静电力为沿棒方向所受洛伦兹力2f qvB =
非静电力对导体棒ab 中所有自由电荷做功的功率2P Nf u 非=
将u 和2f 代入得非静电力做功的功率P Fv =非
拉力做功的功率P Fv =拉
因此P P =非拉 即非静电力做功的功率等于拉力做功的功率.
10．如图所示，在倾角为30︒的斜面上，固定一宽度为0.25m L =的足够长平行金属光滑导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器．电源电动势为 3.0V E =，内阻为1.0r =Ω．质量20g m =的金属棒ab 与两导轨垂直并接触良好．整个装置处于垂直于斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度为0.80T B =．导轨与金属棒的电阻不计，取210m/s g =．
(1)如果保持金属棒在导轨上静止，滑动变阻器接入到电路中的阻值是多少；
(2)如果拿走电源，直接用导线接在两导轨上端，滑动变阻器阻值不变化，求金属棒所能达到的最大速度值；
(3)在第(2)问中金属棒达到最大速度前，某时刻的速度为10m/s ，求此时金属棒的加速度大小．
【答案】(1) 5R =Ω (2) 12.5m/s v = (3) 21m/s a =
【解析】(1)因为金属棒静止在金属轨道上，受力平衡，如图所示，
安培力0F BIL =
根据平衡条件知0sin30F mg =︒
联立得
sin30
0.5A
mg
I
BL
︒
==
设变阻器接入电路的阻值为R，根据闭合电路欧姆定律()
E I R r
=+，
联立计算得出5
E
R r
I
=-=Ω．
(2)金属棒达到最大速度时，将匀速下滑，此时安培力大小，回路中电流大小应与上面情况相同，即金属棒产生的电动势，0.55V 2.5V
E IR
==⨯=，
由E BLv
=得
25
12.5m/s
0.80.25
E
v
BL
===
⨯
．
(3)当棒的速度为10m/s，所受的安培力大小为
2222
'
0.80.2510
N0.08N
5
B L v
F BI L
R
⨯⨯
====
'
安
；
根据牛顿第二定律得：'
sin30
mg F ma
︒-=
安
计算得出：2
1m/s
a=．
【点睛】本题是金属棒平衡问题和动力学问题，关键分析受力情况，特别是分析和计算安培力的大小．
11．如图所示，导体棒ab质量m1=0.1kg，，电阻
1
0.3
R=Ω，长度L=0.4m，横放在U型金属框架上。
框架质量m2=0.2kg，，放在绝缘水平面上，与水平面间的动摩擦因数为0.2，MM'、NN'相互平行，相距0.4m，电阻不计且足够长。
连接两导轨的金属杆MN电阻
2
0.1
R=Ω。
整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.5T。
垂直于ab施加F=2N的水平恒力，ab从静止开始无摩擦地运动，始终与MM'、NN'保持良好接触。
当ab 运动到某处时，框架开始运动。
设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，2
10/
g m s
=。
（1）求框架开始运动时ab速度的大小；
（2）从ab开始运动到框架开始运动的过程中，MN上产生的热量量0.1
Q J
=，求该过程ab位移x的大小；
（3）从ab开始运动到框架开始运动，共经历多少时间。
【答案】（1）6/
m s（2）1.1m（3）0.355s
【解析】（1）由题意，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则框架受到最大静摩擦力为：12
)
N
f F m m g
μμ
==+
（
ab中的感应电动势为：E Blv
=，MN中电流为：
12
E
I
R R
=
+
MN 受到的安培力为： F IlB =安，框架开始运动时，有： F f =安
由上述各式代入数据，解得： 6/v m s =；
（2）导体棒ab 与MN 中感应电流时刻相等，由焦耳定律2Q I Rt =得知， Q R ∝ 则闭合回路中产生的总热量： 122R R Q Q R +=
总 由能量守恒定律，得： 2112
Fx m v Q =
+总 代入数据解得： 1.1x m = （3）ab 加速过程中，有： 22112
B l v F m a R R -=+ 取极短时间间隔t ∆， 22112
B l v F t t m a t R R ∆-∆=∆+ 即： 22
112
B l F t x m v R R ∆-∆=∆+ 对整过程求和可得： 22
112
0B l Ft x m v R R -=-+（） 解得： ()22
112m v B l t x F R R F
=++ 代入数据解得： 0.355t s =
点睛：ab 向右做切割磁感线运动，产生感应电流，电流流过MN ，MN 受到向右的安培力，当安培力等于最大静摩擦力时，框架开始运动，根据安培力、欧姆定律和平衡条件等知识，求出速度，依据能量守恒求解位移，对加速过程由动量定理列式，可得出合外力的冲量与动量变化之间的关系；本题是电磁感应中的力学问题，考查电磁感应、焦耳定律、能量守恒定律定律等知识综合应用和分析能力，要注意正确选择物理规律列式求解。
12．如图甲所示是航空母舰上一种弹射装置的模型，“E”字形铁芯长为l 的三个柱脚的两条缝中存在正对的由B 指向A 、C 的磁场，该磁场任意时刻均可视为处处大小相等方向相同（如图乙所示），初始时缝中有剩余磁场，磁感应强度为B 0；绕在B 柱底部的多匝线圈P 用于改变缝中磁场的强弱，已知通过线圈P 加在缝中的磁场与线圈中的电流大小存在关系B=k 1I ．Q 为套在B 柱上的宽为x 、高为y 的线圈共n 匝，质量为m ，电阻为R ，它在外力作用下可沿B 柱表面无摩擦地滑动，现在线圈P 中通以I=k 2t 的电流，发现Q 立即获得方向向右大小为a 的加速度，则
（1）线圈P的电流应从a、b中的哪一端注入？t=0时刻线圈Q中的感应电流大小I0。
（2）为了使Q向右运动的加速度保持a不变，试求Q中磁通量的变化率与时间t的函数关系
（3）若在线圈Q从靠近线圈P处开始向右以加速度a匀加速直到飞离B柱的整个过程中，可将Q中的感应电流等效为某一恒定电流I，则此过程磁场对线圈Q做的功为多少？
【答案】（1）a入b出、I0=（2）（3）mal+I2R
【解析】
试题分析：1）a入b出
F=ma
F=2nI0LB0
得：I0=
2）E=I=
F=2nILB B=B0+k1k2t
可得：=
3）W=ΔE k+Q=mal+I2R
考点：考查了法拉第电磁感应定理
13．如图甲所示，平行金属导轨MN、PQ放置于同一水平面内，导轨电阻不计，两导轨间距d=10cm，导体棒ab、cd放在导轨上，并与导轨垂直，每根棒在导轨间的部分电阻均为
R=1.0Ω.用长为l=20cm的绝缘丝线将两棒系住，整个装置处在匀强磁场中.t=0时刻，磁场方向竖直向下，丝线刚好处于未被拉伸的自然状态，此后磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示.不计感应电流磁场的影响，整个过程，丝线未被拉断.求：
（1）0～2.0s时间内电路中感应电流的大小与方向；
（2）t=1.0s时刻丝线的拉力大小.
甲乙
【答案】（1）
A a→c→d→b→a （2）N
【解析】
【分析】 (1) 根据法拉第电磁感应定律
求出感应电动势，从而求出感应电流； (2)对导体棒进行受力分析，在水平方向上受拉力和安培力，根据F=BIL 求出安培力的大
小，从而求出拉力的大小。
【详解】
(1) 从图象可知，
则
故电路中感应电流的大小为0.001A ，根据楞次定律可知，方向是acdba ；
(2) 导体棒在水平方向上受拉力和安培力平衡
T=F A =BIL=0.1×0.001×0.1N=1×10-5N ．
故t=1.0s 的时刻丝线的拉力大小1×
10-5N 。
【点睛】 解决本题的关键掌握法拉第电磁感应定律以及安培力的大小公式F=BIL 。
14．两根足够长的固定平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l ，导轨上面垂直放置两根导体棒ab 和cd ，构成矩形回路，如图所示．两根导体棒的质量均为m ，电阻均为R ，回路中其余部分的电阻不计．在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B ．两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时cd 棒静止，棒ab 有指向cd 的速度v 0．两导体棒在运动中始终不接触．求：
（1）在运动中产生的最大焦耳热；
（2）当棒ab 的速度变为34
v 0时，棒cd 的加速度． 【答案】(1) 2014mv ；(2) 2204B L v mR
，方向是水平向右 【解析】
【详解】
(1)从初始到两棒速度相等的过程中，两棒总动量守恒，则有：02mv mv
解得：02v v = 由能的转化和守恒得：222001211224Q mv mv mv =
⨯=- (2)设ab 棒的速度变为034
v 时，cd 棒的速度为v '，则由动量守恒可知：0034
mv m v mv =+' 解得：014
v v '= 此时回路中的电动势为： 000311442E BLv BLv BLv =
-= 此时回路中的电流为： 024BLv E I R R
== 此时cd 棒所受的安培力为 ：2204B L v F BIL R
== 由牛顿第二定律可得，cd 棒的加速度：2204B L v F a m mR
== cd 棒的加速度大小是2204B L v mR
，方向是水平向右
15．如图所示，水平放置的平行金属导轨宽度为d ＝1 m ，导轨间接有一个阻值为R ＝2 Ω的灯泡，一质量为m ＝1 kg 的金属棒跨接在导轨之上，其电阻为r ＝1 Ω，且和导轨始终接触良好．整个装置放在磁感应强度为B ＝2 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向下．金属棒与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.2，现对金属棒施加一水平向右的拉力F ＝10 N ，使金属棒从静止开始向右运动．求：
则金属棒达到的稳定速度v 是多少？此时灯泡的实际功率P 是多少？
【答案】6 m/s 32W
【解析】
由1Bdv I R r
=+和F 安＝BId 可得221B d v F R r
=+安 根据平衡条件可得F ＝μmg ＋F 安
解得v1＝6 m/s
由P=I2R得P=32W。
