11.3 电磁感应现象中的力与运动问题
1.（2020·黄浦·一模）位于磁场中的甲、乙两个矩形金属线框可绕各自的轴转动，两根导线将两个线框按如图方式连接。现用外力使甲线框顺时针方向转动。某时刻甲、乙线框恰处于如图所示的位置。设此时乙线框的ab边受到的安培力为F，则（ ）。
A.F向上，乙线框表示电动机的原理 B.F向上，乙线框表示发电机的原理
C.F向下，乙线框表示电动机的原理 D.F向下，乙线框表示发电机的原理
（第1题图）
（第2题图）
2.（2020·黄浦·一模）如图所示，一长直铁芯上绕有固定线圈M，铁芯右侧悬挂一闭合金属环N，金属环与铁芯共轴。将M接在如图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关。
（1）请填写下列操作中金属环N的摆动方向（选填“向左”、“向右”或“不动”）。
续表
（2）从上述实验现象中可以归纳出：使环N向右摆动的操作引起的共同变化有：（请写出2个）
_______________________________________________________________________________；
_______________________________________________________________________________。
3.（2020·奉贤·一模）如图所示，间距为d、倾角为α的两根光滑足够长的金属导轨间，有一竖直向上的匀强磁场。导轨上放有质量为m的金属棒MN，接触良好。在与导轨连接的电路中，滑动变阻器的总电阻为R，定值电阻阻值为2R，导轨和金属棒电阻不计。电源正负极未画出，电动势为E，内阻r为R/5。当滑片P处于中央位置时，金属棒恰静止在导轨上。重力加速度为g，求：
（1）金属棒MN中电流大小和方向；
（2）匀强磁场的磁感应强度B；
（3）移动滑片P，金属棒将如何运动？请简述理由。
（第3题图）
4.（2020·静安·一模）如图所示，两固定的光滑绝缘斜面倾角均为θ，上沿相连。两细金属棒ab（仅标出a端）和cd（仅标出c端）长度均为L，质量分别为2m和m；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平，金属棒cd到斜面上沿的距离为L/2。右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于斜面向上。已知两根软导线刚好不在磁场中，回路电阻为R，重力加速度大小为g。已知金属棒ab匀速下滑，在cd运动到斜面上沿的过程中，求：
（1）作用在金属棒ab上的安培力的大小；
（2）通过导体棒的电流I和通过的电荷量q。
（第4题图）
5.（2020·闵行·一模）如图所示，平行导轨宽为L、倾角为θ，处在垂直导轨平面向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，CD为磁场的边界，导轨左端接一电流传感器，CD右边平滑连一足够长的导轨。电阻为R的导体棒ab长也为L，两端与导轨接触良好，自导轨上某处由静止滑下，全过程中电流传感器指示的最大电流为I0。除棒ab外，其余电阻不计，一切摩擦和空气阻力都不计，重力加速度为g。
（1）棒ab上的感应电流方向如何？
（2）棒ab在磁场内下滑过程中，速度为v时加速度为多大？加速度大小如何变化？
（3）求棒ab相对于CD能上升的最大高度。
（第5题图）
6.（2020·青浦·一模）如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m，导轨平面与水平面成θ=37°角，下端连接阻值为R的电阻。匀强磁场方向与导轨平面垂直。质量为0.2kg、电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为0.25。
（1）求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；
（2）当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻R消耗的功率为8W，求该速度的大小；
（3）在上问中，若R=2Ω，金属棒中的电流方向由a到b，求磁感应强度的大小与方向；
（4）在（2）问中，若ab棒从静止到速度稳定下滑的距离为20m，求此过程R产生的热量。（sin37°=0.6，cos37°=0.8）
（第6题图）
7.（2020·徐汇·一模）发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上的类似性。直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景。
（第7题图）
在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN，PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN，PQ放在轨道上，与轨道接触良好，以速度v（v平行于MN）向右做匀速运动。
图1轨道端点MP间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用。图2轨道端点MP间接有直流电源，导体棒ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I。求：
（1）图1，2中棒ab受到的安培力F1，F2；
（2）在Dt时间内，图1“发电机”产生的电能和图2“电动机”输出的机械能；
（3）请简述图1中，做功与能量变化的情况。
8.（2020·杨浦·二模）如图所示，电动机通过其转轴上的绝缘细绳牵引一根原来静止的长L=1m、质量m=0.1kg的导体棒ab，导体棒紧贴在竖直放置、电阻不计的金属框架上，导体棒的电阻R=1Ω，磁感应强度B=1T的匀强磁场垂直于导体框架所在平面。当导体棒在电动机牵引下上升h=3.8m时，获得稳定速度，此过程中导体棒产生的热量0.2J。电动机工作时，电压表、电流表的读数分别为7V和1A，电动机的内阻r=1Ω。不计一切摩擦，g取10m/s2，求：
（1）在导体棒上升过程中，通过导体棒的电流方向和受到的磁场力的方向；
（2）导体棒所能达到的稳定速度是多少？
（3）导体棒从静止到稳定速度的时间是多少？
（第8题图）