高考物理一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題43 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題(練)(含解析)1
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專(zhuān)題43 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題(練) 1.(多選)如圖所示,光滑絕緣的水平面上,一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬框,在水平恒力F作用下運(yùn)動(dòng),穿過(guò)方向如圖的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為。當(dāng)變進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線(xiàn)框的加速度恰好為零。則線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程和從磁場(chǎng)另一側(cè)穿出的過(guò)程相比較,下列分析正確的是: () A.兩過(guò)程所用時(shí)間相等 B.所受的安培力方向相反 C.線(xiàn)框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相反 D.進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中線(xiàn)框產(chǎn)生的熱量較少 【答案】CD 【解析】 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向和安培力的方向.線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程做勻速運(yùn)動(dòng),完全在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)做勻加速運(yùn)動(dòng),穿出磁場(chǎng)速度大于進(jìn)入磁場(chǎng)的速度,線(xiàn)框?qū)⒆鰷p速運(yùn)動(dòng),出磁場(chǎng)時(shí)大于或等于進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度,所用時(shí)間將縮短.根據(jù)功能關(guān)系分析熱量關(guān)系;本題考查分析線(xiàn)框的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況的能力,關(guān)鍵是分析安培力,來(lái)判斷線(xiàn)框的運(yùn)動(dòng)情況,再運(yùn)用功能關(guān)系,分析熱量關(guān)系。 2.(多選)如圖所示,一個(gè)很長(zhǎng)的光滑導(dǎo)體框傾斜放置,頂端接有一個(gè)燈泡,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于線(xiàn)框所在平面,當(dāng)跨放在導(dǎo)軌上的金屬棒下滑達(dá)穩(wěn)定速度后,小燈泡獲得一個(gè)穩(wěn)定的電功率,除小燈泡外其他電阻均不計(jì),則若使小燈泡的電功率提高一倍,下列措施可行的是: () A.換用一個(gè)電阻為原來(lái)2倍的小燈泡 B.將金屬棒質(zhì)量增為原來(lái)的2倍 C.將導(dǎo)體框?qū)挾葴p小為原來(lái)的一半 D.將磁感應(yīng)強(qiáng)度減小為原來(lái)的 【答案】AD 【名師點(diǎn)睛】ab棒下滑過(guò)程中先做變加速運(yùn)動(dòng),后做勻速運(yùn)動(dòng),達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),根據(jù)平衡條件得出ab的重力的分力與速度的關(guān)系,由能量守恒定律得出燈泡的電功率與速度的關(guān)系式,再分析什么條件下燈泡的功率變?yōu)?倍。 3.如圖所示,在光滑的水平面上寬度為L(zhǎng)的區(qū)域內(nèi),有一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng).現(xiàn)有一個(gè)邊長(zhǎng)為a (a<L)的正方形閉合線(xiàn)圈以垂直于磁場(chǎng)邊界的初速度v0向右滑動(dòng),穿過(guò)磁場(chǎng)后速度減為v,那么當(dāng)線(xiàn)圈完全處于磁場(chǎng)中時(shí),其速度大小: () A.大于B.等于 C.小于 D.以上均有可能 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】線(xiàn)框進(jìn)入和穿出磁場(chǎng)過(guò)程,受到安培力作用而做減速運(yùn)動(dòng),根據(jù)動(dòng)量定理和電量分析電量的關(guān)系.根據(jù)感應(yīng)電量,分析可知兩個(gè)過(guò)程線(xiàn)框磁通量變化量大小大小相等,兩個(gè)過(guò)程電量相等.聯(lián)立就可求出完全進(jìn)入磁場(chǎng)中時(shí)線(xiàn)圈的速度。 4.如圖,質(zhì)量為M的足夠長(zhǎng)金屬導(dǎo)軌abcd放在光滑的絕緣水平面上.一電阻不計(jì),質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒PQ放置在導(dǎo)軌上,始終與導(dǎo)軌接觸良好,PQbc構(gòu)成矩形.棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,棒左側(cè)有兩個(gè)固定于水平面的立柱.導(dǎo)軌bc段長(zhǎng)為L(zhǎng),開(kāi)始時(shí)PQ左側(cè)導(dǎo)軌的總電阻為R,右側(cè)導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度的電阻為R0.以ef為界,其左側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向上,右側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)水平向左,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B.在t=0時(shí),一水平向左的拉力F垂直作用在導(dǎo)軌的bc邊上,使導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),加速度為a. (1)求回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的表達(dá)式; (2)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間拉力F達(dá)到最大值,拉力F的最大值為多少? (3)某過(guò)程中回路產(chǎn)生的焦耳熱為Q,導(dǎo)軌克服摩擦力做功為W,求導(dǎo)軌動(dòng)能的增加量. 【答案】(1)(2)(3) 【解析】(1)回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv 導(dǎo)軌做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)v=at 回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的表達(dá)式E=BLat 回路中總電阻 回路中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的表達(dá)式 (3)設(shè)此過(guò)程中導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)距離S由動(dòng)能定理,W合=△Ek,W合=Mas 由于摩擦力Ff=μ(mg+ FA),則摩擦力做功W=μmgS+μWA=μmgS+μQ 所以 導(dǎo)軌動(dòng)能的增加量 【名師點(diǎn)睛】此題是一道力、電、磁的綜合題目;解題時(shí)要仔細(xì)閱讀題目,搞清題意,認(rèn)真分析物體運(yùn)動(dòng)的物理過(guò)程,靈活選擇物理規(guī)律列出方程;解題時(shí)注意挖掘題目的隱含條件;此題綜合考查學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力. 5.如圖所示,豎直平面內(nèi)有一半徑為r、電阻為R1、粗細(xì)均勻的光滑半圓形金屬環(huán),在M、N處與距離為2r、電阻不計(jì)的平行光滑金屬導(dǎo)軌ME、NF相接,EF之間接有電阻R2,已知R1=12R,R2=4R。在MN上方及CD下方有水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)I和II,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B?,F(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒ab,從半圓環(huán)的最高點(diǎn)A處由靜止下落,在下落過(guò)程中導(dǎo)體棒始終保持水平,與半圓形金屬環(huán)及軌道接觸良好,設(shè)平行導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)。已知導(dǎo)體棒下落r/2時(shí)的速度大小為v1,下落到MN處時(shí)的速度大小為v2。 (1)求導(dǎo)體棒ab從A處下落時(shí)的加速度大小; (2)若導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)II后棒中電流大小始終不變,求磁場(chǎng)I和II這間的距離h和R2上的電功率P2; (3)若將磁場(chǎng)II的CD邊界略微下移,導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)II時(shí)的速度大小為v3,要使其在外力F作用下做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),加速度大小為a,求所加外力F隨時(shí)間變化的關(guān)系式。 【答案】(1) (2), (3) 【解析】 (2)當(dāng)導(dǎo)體棒ab通過(guò)磁場(chǎng)II時(shí),若安培力恰好等于重力,棒中電流大小始終不變,即 , 式中 解得: 導(dǎo)體棒從MN到CD做加速度為g的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng), 有,得: 此時(shí)導(dǎo)體棒重力的功率為: 根據(jù)能量守恒定律,此時(shí)導(dǎo)體棒重力的功率全部轉(zhuǎn)化為電路中的電功率,即: 所以: 【名師點(diǎn)睛】導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),電路中出現(xiàn)電流,從而有安培力.由于安培力是與速度有關(guān)系的力,因此會(huì)導(dǎo)致加速度在改變.所以當(dāng)安培力不變時(shí),則一定處于平衡狀態(tài),所以由受力平衡可算出棒的速度,再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可求出距離h,而R2上的電功率與R1上的電功率之和正好等于棒下落過(guò)程中的重力功率。 1.(多選)如圖所示,平行金屬導(dǎo)軌與水平面間的傾角為θ,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),電阻不計(jì)、與導(dǎo)軌相連的定值電阻阻值為R。磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面。有一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒,從ab位置以平行斜面大小為v的初速度向上運(yùn)動(dòng),最遠(yuǎn)到達(dá)a′b′的位置,滑行的距離為s。導(dǎo)體棒的電阻也為R,與導(dǎo)軌之間接觸良好并與導(dǎo)軌始終垂直且動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。則: () A.上滑過(guò)程中導(dǎo)體棒受到的最大安培力為B2L2v/2R B.上滑過(guò)程中通過(guò)定值電阻R的電量為BSL/2R C.上滑過(guò)程中定值電阻R產(chǎn)生的熱量為mv2-mgs(sinθ+μcosθ) D.上滑過(guò)程中導(dǎo)體棒損失的機(jī)械能為mv2-mgs sinθ 【答案】ABD 【解析】 【名師點(diǎn)睛】本題從兩個(gè)角度研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象,一是力的角度,關(guān)鍵是推導(dǎo)安培力的表達(dá)式;二是能量的角度,關(guān)鍵分析涉及幾種形式的能,分析能量是如何轉(zhuǎn)化的.注意克服安培力做功等于轉(zhuǎn)化的電能,電能消耗在電阻R和導(dǎo)體棒上. 2.(多選)如圖所示,在光滑絕緣的水平面上方,有兩個(gè)方向相反的水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng),PQ為兩磁場(chǎng)的邊界,磁場(chǎng)范圍足夠大,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小分別為,,一個(gè)豎直放置的邊長(zhǎng)為a,質(zhì)量為m,電阻為R的正方向金屬線(xiàn)框,以初速度v垂直磁場(chǎng)方向從圖中實(shí)線(xiàn)位置開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng),當(dāng)線(xiàn)框運(yùn)動(dòng)到在每個(gè)磁場(chǎng)中各有一半的面積時(shí),線(xiàn)框的速度為,則下列判斷正確的是: () A.此過(guò)程中通過(guò)線(xiàn)框截面的電量為 B.此過(guò)程中克服安培力做的功為 C.此時(shí)線(xiàn)框的加速度為 D.此時(shí)線(xiàn)框中的電功率為 【答案】AC 【解析】 【名師點(diǎn)睛】本題考查電磁感應(yīng)規(guī)律、閉合電路歐姆定律、安培力公式、能量守恒定律等等,難點(diǎn)是搞清楚磁通量的變化。 3.(多選)如圖所示,在傾角為的光滑斜面上,存在著兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,區(qū)域I的磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,區(qū)域II的磁場(chǎng)方向垂直斜面向下,磁場(chǎng)的寬度HP以及PN均為L(zhǎng),一個(gè)質(zhì)量為m、電阻為R、邊長(zhǎng)也為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線(xiàn)框,由靜止開(kāi)始沿斜面下滑,時(shí)刻ab邊剛越過(guò)GH進(jìn)入磁場(chǎng)I區(qū)域,此時(shí)導(dǎo)線(xiàn)框恰好以速度做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),時(shí)刻ab邊下滑到JP與MN的中間位置,此時(shí)導(dǎo)線(xiàn)框又恰好以速度做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),重力加速度為g,下列說(shuō)法中正確的是: () A.當(dāng)ab邊剛越過(guò)JP時(shí),導(dǎo)線(xiàn)框的加速度大小為 B.導(dǎo)線(xiàn)框兩次勻速運(yùn)動(dòng)的速度之比 C.從到的過(guò)程中,導(dǎo)線(xiàn)框克服安培力做的功等于重力勢(shì)能的減少 D.從到的過(guò)程中,有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 【答案】BD 【解析】 【名師點(diǎn)睛】本題中線(xiàn)框出現(xiàn)兩次平衡狀態(tài),由推導(dǎo)安培力的表達(dá)式是關(guān)鍵,要注意時(shí)刻線(xiàn)框都切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),線(xiàn)框中總電動(dòng)勢(shì)為2BLv。 4.如圖甲所示,空間存在B=0.5T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),MN、PQ是相互平行的粗糙的長(zhǎng)直導(dǎo)軌,處于同一水平面內(nèi),其間距L=0.2m,R是連在導(dǎo)軌一端的電阻,一跨在導(dǎo)軌上質(zhì)量m=0.1kg的導(dǎo)體棒,從零時(shí)刻開(kāi)始,通過(guò)一小型電動(dòng)機(jī)對(duì)ab棒施加一個(gè)牽引力F,方向水平向左,使其從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌做加速運(yùn)動(dòng),此過(guò)程中棒始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,圖乙是棒的速度時(shí)間圖像,其中OA段是直線(xiàn),AC是曲線(xiàn),DE是曲線(xiàn)圖像的漸近線(xiàn),小型電動(dòng)機(jī)在12s末達(dá)到額定功率,,此后功率保持不變,除R以外,其余部分的電阻均不計(jì),。 (1)求導(dǎo)體棒在0~12s內(nèi)的加速度大小; (2)求導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)以及電阻R的阻值; (3)若已知0~12s內(nèi)R上產(chǎn)生的熱量為12.5J,牽引力做的功為多少? 【答案】(1)(2)、(3) 【解析】 (1)由題圖乙可得:12s末的速度為,,導(dǎo)體棒在0~12s內(nèi)的加速度大?、? (3)在0~12s內(nèi):通過(guò)的位移: 由能量守恒:代入數(shù)據(jù)解得: 【名師點(diǎn)睛】本題與力學(xué)中汽車(chē)勻加速起動(dòng)類(lèi)似,關(guān)鍵要推導(dǎo)安培力的表達(dá)式,根據(jù)平衡條件、牛頓第二定律和能量守恒結(jié)合進(jìn)行求解. 5.如圖所示,光滑斜面的傾角,在斜面上放置一矩形線(xiàn)框,邊的邊長(zhǎng),邊的邊長(zhǎng),線(xiàn)框的質(zhì)量,電阻,線(xiàn)框通過(guò)細(xì)線(xiàn)與重物相連,重物質(zhì)量,斜面上線(xiàn)()的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度,如圖線(xiàn)框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)最初一段時(shí)間是勻速的,線(xiàn)和的距離(?。螅? (1)線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物M的加速度; (2)線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度; (3)邊由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到線(xiàn)處所用的時(shí)間; (4)邊運(yùn)動(dòng)到線(xiàn)處的速度大小和在線(xiàn)框由靜止開(kāi)始到運(yùn)動(dòng)到線(xiàn)的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱。 【答案】(1);(2);(3);(4) 【解析】(1)線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)前,線(xiàn)框僅受到細(xì)線(xiàn)的拉力,斜面的支持力和線(xiàn)框重力,重物M受到重力和拉力.則由牛頓第二定律得: 對(duì)重物有: 對(duì)線(xiàn)框有:. 聯(lián)立解得線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物M的加速度為: 。 (3)線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)前時(shí),做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);進(jìn)磁場(chǎng)的過(guò)程中,做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);進(jìn)入磁場(chǎng)后到運(yùn)動(dòng)到線(xiàn),仍做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).進(jìn)磁場(chǎng)前線(xiàn)框的加速度大小與重物的加速度相同,為: 該階段運(yùn)動(dòng)時(shí)間為: 進(jìn)磁場(chǎng)過(guò)程中勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為: 線(xiàn)框完全進(jìn)入磁場(chǎng)后線(xiàn)框受力情況同進(jìn)入磁場(chǎng)前,所以該階段的加速度仍為:,;代入得: 解得:,因此邊由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到線(xiàn)所用的時(shí)間為:。 (4)線(xiàn)框邊運(yùn)動(dòng)到處的速度為:,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱為:。 【名師點(diǎn)睛】本題是電磁感應(yīng)與力平衡的綜合,安培力的計(jì)算是關(guān)鍵.本題中運(yùn)用的是整體法求解加速度。 1.【2016浙江卷】(20分)小明設(shè)計(jì)的電磁健身器的簡(jiǎn)化裝置如圖所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌相距l(xiāng)=0.50 m,傾角θ=53,導(dǎo)軌上端串接一個(gè)R=0.05 Ω的電阻。在導(dǎo)軌間長(zhǎng)d=0.56 m的區(qū)域內(nèi),存在方向垂直導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.0 T。質(zhì)量m=4.0 kg的金屬棒CD水平置于導(dǎo)軌上,用絕緣繩索通過(guò)定滑輪與拉桿GH相連。CD棒的初始位置與磁場(chǎng)區(qū)域的下邊界相距s=0.24 m。一位健身者用恒力F=80 N拉動(dòng)GH桿,CD棒由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng),上升過(guò)程中CD棒始終保持與導(dǎo)軌垂直。當(dāng)CD棒到達(dá)磁場(chǎng)上邊界時(shí)健身者松手,觸發(fā)恢復(fù)裝置使CD棒回到初始位置(重力加速度g=10 m/s2,sin 53=0.8,不計(jì)其他電阻、摩擦力以及拉桿和繩索的質(zhì)量)。求 (1)CD棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度v的大??; (2)CD棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受的安培力FA的大小; (3)在拉升CD棒的過(guò)程中,健身者所做的功W和電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q。 【答案】(1)2.4 m/s (2)48 N (3)64 J 26.88 J 【解析】(1)由牛頓定律① 進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度② (2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)③ 感應(yīng)電流④ 安培力⑤ 代入得⑥ 【名師點(diǎn)睛】此題是關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力及能量的問(wèn)題。解題時(shí)要認(rèn)真分析物理過(guò)程,搞清物體的受力情況及運(yùn)動(dòng)情況,并能選擇合適的物理規(guī)律列出方程解答;此題難度中等,意在考查學(xué)生綜合運(yùn)用物理規(guī)律解題的能力。 2.【2016全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷】如圖,兩條相距l(xiāng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面(紙面)內(nèi),其左端接一阻值為R的電阻;一與導(dǎo)軌垂直的金屬棒置于兩導(dǎo)軌上;在電阻、導(dǎo)軌和金屬棒中間有一面積為S的區(qū)域,區(qū)域中存在垂直于紙面向里的均勻磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1隨時(shí)間t的變化關(guān)系為,式中k為常量;在金屬棒右側(cè)還有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,區(qū)域左邊界MN(虛線(xiàn))與導(dǎo)軌垂直,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,方向也垂直于紙面向里。某時(shí)刻,金屬棒在一外加水平恒力的作用下從靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng),在t0時(shí)刻恰好以速度v0越過(guò)MN,此后向右做勻速運(yùn)動(dòng)。金屬棒與導(dǎo)軌始終相互垂直并接觸良好,它們的電阻均忽略不計(jì)。求 (1)在t=0到t=t0時(shí)間間隔內(nèi),流過(guò)電阻的電荷量的絕對(duì)值; (2)在時(shí)刻t(t>t0)穿過(guò)回路的總磁通量和金屬棒所受外加水平恒力的大小。 【答案】(1)(2) 【解析】在金屬棒未越過(guò)MN之前,t時(shí)刻穿過(guò)回路的磁通量為① 設(shè)在從t時(shí)刻到的時(shí)間間隔內(nèi),回路磁通量的變化量為,流過(guò)電阻R的電荷量為 由法拉第電磁感應(yīng)有② 由歐姆定律有③ 由電流的定義有④ 聯(lián)立①②③④可得⑤ 由⑤可得,在t=0到t=的時(shí)間間隔內(nèi),流過(guò)電阻R的電荷量q的絕對(duì)值為⑥ 回路的總磁通量為? 式中仍如①式所示,由①⑨⑩?可得,在時(shí)刻t(t>t0)穿過(guò)回路的總磁通量為? 在t到的時(shí)間間隔內(nèi),總磁通量的改變?yōu)? 由法拉第電磁感應(yīng)定律得,回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為? 由歐姆定律有? 聯(lián)立⑦⑧???可得 【方法技巧】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,結(jié)合閉合電路歐姆定律,及電量表達(dá)式,從而導(dǎo)出電量的綜合表達(dá)式,即可求解;根據(jù)磁通量的概念,,結(jié)合磁場(chǎng)方向,即可求解穿過(guò)回路的總磁通量;根據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)公式,求得線(xiàn)圈中的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),再依據(jù)閉合電路歐姆定律,及安培力表達(dá)式,最后依據(jù)平衡條件,即可求解水平恒力大小。 3.【2015四川11】如圖所示,金屬導(dǎo)軌MNC和PQD,MN與PQ平行且間距為L(zhǎng),所在平面與水平面夾角為α,N、Q連線(xiàn)與MN垂直,M、P間接有阻值為R的電阻;光滑直導(dǎo)軌NC和QD在同一水平面內(nèi),與NQ的夾角都為銳角θ。均勻金屬棒ab和ef質(zhì)量均為m,長(zhǎng)均為L(zhǎng),ab棒初始位置在水平導(dǎo)軌上與NQ重合;ef棒垂直放在傾斜導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ(μ較?。蓪?dǎo)軌上的小立柱1和2阻擋而靜止。空間有方向豎直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫(huà)出)。兩金屬棒與導(dǎo)軌保持良好接觸。不計(jì)所有導(dǎo)軌和ab棒的電阻,ef棒的阻值為R,最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小相等,忽略感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),重力加速度為g。 (1)若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,給ab棒一個(gè)垂直于NQ、水平向右的速度v1,在水平導(dǎo)軌上沿運(yùn)動(dòng)方向滑行一段距離后停止,ef棒始終靜止,求此過(guò)程ef棒上產(chǎn)生的熱量; (2)在(1)問(wèn)過(guò)程中,ab棒滑行距離為d,求通過(guò)ab棒某橫截面的電荷量; (3)若ab棒以垂直于NQ的速度v2在水平導(dǎo)軌上向右勻速運(yùn)動(dòng),并在NQ位置時(shí)取走小立柱1和2,且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中ef棒始終靜止。求此狀態(tài)下最強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度及此磁場(chǎng)下ab棒運(yùn)動(dòng)的最大距離。 【答案】(1)Qef=;(2)q=;(3)Bm=,方向豎直向上或豎直向下均可,xm= (2)設(shè)在ab棒滑行距離為d時(shí)所用時(shí)間為t,其示意圖如下圖所示: 該過(guò)程中回路變化的面積為:ΔS=d③ 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知,在該過(guò)程中,回路中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為:=④ 根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,流經(jīng)ab棒平均電流為:=⑤ 根據(jù)電流的定義式可知,在該過(guò)程中,流經(jīng)ab棒某橫截面的電荷量為:q=⑥ 由③④⑤⑥式聯(lián)立解得:q= 由⑩式可知,當(dāng)x=0且B取最大值,即B=Bm時(shí),F(xiàn)有最大值Fm,ef棒受力示意圖如下圖所示: 根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件可知,在沿導(dǎo)軌方向上有:Fmcosα=mgsinα+fm? 在垂直于導(dǎo)軌方向上有:FN=mgcosα+Fmsinα ? 根據(jù)滑動(dòng)摩擦定律和題設(shè)條件有:fm=μFN ? 由⑩???式聯(lián)立解得:Bm= 顯然此時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向豎直向上或豎直向下均可 由⑩式可知,當(dāng)B=Bm時(shí),F(xiàn)隨x的增大而減小,即當(dāng)F最小為Fmin時(shí),x有最大值為xm,此時(shí)ef棒受力示意圖如下圖所示: 根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件可知,在沿導(dǎo)軌方向上有:Fmincosα+fm=mgsinα? 在垂直于導(dǎo)軌方向上有:FN=mgcosα+Fminsinα ? 由⑩???式聯(lián)立解得:xm= 【名師點(diǎn)睛】培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題的能力、做好受力分析與運(yùn)動(dòng)分析是求解此類(lèi)問(wèn)題的不二法門(mén)。 【方法技巧】多畫(huà)圖,多列分步式,采用極限假設(shè)尋求臨界狀態(tài)。 4.【2015上海20】(多選)如圖,光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上,左端由導(dǎo)線(xiàn)相連,導(dǎo)體棒垂直靜置于導(dǎo)軌上構(gòu)成回路。在外力F作用下,回路上方的條形磁鐵豎直向上做勻速運(yùn)動(dòng)。在勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中外力F做功,磁場(chǎng)力對(duì)導(dǎo)體棒做功,磁鐵克服磁場(chǎng)力做功,重力對(duì)磁鐵做功,回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q,導(dǎo)體棒獲得的動(dòng)能為。則: () A. B. C. D. 【答案】BCD 【名師點(diǎn)睛】 本題考查法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用,側(cè)重于其中的能量關(guān)系,意在考查考生的分析能力。做本題的關(guān)鍵在于掌握電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,知道什么能轉(zhuǎn)化為電能,電能又轉(zhuǎn)化成什么能。 5.【2014上海33】(14分)如圖,水平面內(nèi)有一光滑金屬導(dǎo)軌,其MN、PQ邊的電阻不計(jì),MP邊的電阻阻值R=1.5Ω,MN與MP的夾角為135,PQ與MP垂直,MP邊長(zhǎng)度小于1m。將質(zhì)量m=2kg,電阻不計(jì)的足夠長(zhǎng)直導(dǎo)體棒擱在導(dǎo)軌上,并與MP平行。棒與MN、PQ交點(diǎn)G、H間的距離L=4m.空間存在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。在外力作用下,棒由GH處以一定的初速度向左做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)時(shí)回路中的電流強(qiáng)度始終與初始時(shí)的電流強(qiáng)度相等。 (1)若初速度v1=3m/s,求棒在GH處所受的安培力大小FA。 (2)若初速度v2=1.5m/s,求棒向左移動(dòng)距離2m到達(dá)EF所需時(shí)間Δt。 (3)在棒由GH處向左移動(dòng)2m到達(dá)EF處的過(guò)程中,外力做功W=7J,求初速度v3。 【答案】(1)(2)(3) 【解析】(1)導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電流 金屬棒受到安培力 (2)運(yùn)動(dòng)過(guò)程電流始終不變,而電阻不變,即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變。初始感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 所以平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 根據(jù)幾何關(guān)系可得從GH到EF,線(xiàn)框面積變化量 代入計(jì)算可得運(yùn)動(dòng)時(shí)間 【方法技巧】本題的特點(diǎn)是在導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)切割磁感線(xiàn)的過(guò)程中,感應(yīng)電流不變,又回路總電阻不變,所以電動(dòng)勢(shì)不變,一次為突破口求解,導(dǎo)體做非勻變速運(yùn)動(dòng),求速度,應(yīng)首先考慮動(dòng)能定理。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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- 高考物理一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題43 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題練含解析1 高考 物理 一輪 復(fù)習(xí) 專(zhuān)題 43 電磁感應(yīng) 中的 動(dòng)力學(xué) 能量 問(wèn)題 解析
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