高三物理課件《電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用》（新人教版）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用 電磁感應(yīng)現(xiàn)象和規(guī)律是高考?？嫉膬?nèi)容 也是物理學(xué)科內(nèi)綜合題的切入點(diǎn) 往往也是高考備考的難點(diǎn) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象與磁場(chǎng) 電路 力和運(yùn)動(dòng) 能量等相聯(lián)系的綜合題以及有關(guān)圖象問(wèn)題在近幾年的高考中總是時(shí)有出現(xiàn) 在復(fù)習(xí)中要引起足夠的重視 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用問(wèn)題 要求學(xué)生有較強(qiáng)的抽象思維能力 同時(shí)應(yīng)注意在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷提高理解能力 分析綜合能力和推理能力 以及空間想象能力 復(fù)習(xí)精要 電磁感應(yīng)這部分內(nèi)容是物理重點(diǎn)內(nèi)容之一 它在高考試題中比例約占8 10 近年來(lái)高考對(duì)本章內(nèi)容考查命題頻率極高的是感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 方向判定和導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 且要求較高 幾乎是年年有考 其他像電磁感應(yīng)現(xiàn)象與磁場(chǎng) 電路和力學(xué) 熱學(xué) 能量及動(dòng)量等知識(shí)相聯(lián)系的綜合題及圖像問(wèn)題在近幾年高考中也時(shí)有出現(xiàn) 如2006年江蘇卷19 2006年廣東卷16 2006年高考上海卷22 2007年上海卷23 2007年江蘇卷18 2007高考理綜北京卷24 2007年廣東卷18 2008年高考上海卷24 2008年高考江蘇卷15等 試題題型全面 選擇題 填空題 解答論述題都可涉及 尤其是解答題因難度大 涉及知識(shí)點(diǎn)多 綜合能力強(qiáng) 多以中檔以上題目出現(xiàn)來(lái)增加試題的區(qū)分度 而選擇和填空題多以 一 電磁感應(yīng) 在高考中的地位 中檔左右的試題出現(xiàn) 1 電磁感應(yīng)問(wèn)題與電路問(wèn)題的綜合 電磁感應(yīng)提供電路中的電源 解決這類電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 一方面要考慮電磁學(xué)中的有關(guān)規(guī)律如右手定則 法拉第電磁感應(yīng)定律等 另一方面還要考慮電路中的有關(guān)規(guī)律 如歐姆定律 串并聯(lián)電路的性質(zhì)等 有時(shí)可能還會(huì)用到力學(xué)的知識(shí) 二 電磁感應(yīng)規(guī)律綜合應(yīng)用的主要問(wèn)題 2 電磁感應(yīng)問(wèn)題與力學(xué)問(wèn)題的綜合 電磁感應(yīng)中切割磁感線的導(dǎo)體要運(yùn)動(dòng) 感應(yīng)電流又要受到安培力的作用 因此 電磁感應(yīng)問(wèn)題又往往和力學(xué)問(wèn)題聯(lián)系在一起 解決電磁感應(yīng)中的力學(xué)問(wèn)題 一方面要考慮電磁學(xué)中的有關(guān)規(guī)律 另一方面還要考慮力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律 要將電磁學(xué)和力學(xué)的知識(shí)綜合起來(lái)應(yīng)用 電磁感應(yīng)的過(guò)程 同時(shí)總伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和守恒 當(dāng)外力克服安培力做功的過(guò)程就是將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程 當(dāng)安培力做正功時(shí) 就有電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能 認(rèn)真分析電磁感應(yīng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化 熟練地應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是求解較復(fù)雜的電磁感應(yīng)問(wèn)題常用的簡(jiǎn)便方法 3 電磁感應(yīng)問(wèn)題與能量問(wèn)題的綜合 2 電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)分析和能量分析切割磁感線的導(dǎo)體作為一個(gè)電磁學(xué)研究對(duì)象有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電流 兩端電壓 電流做功 電阻發(fā)熱等問(wèn)題 作為一個(gè)力學(xué)對(duì)象有受力 加速度 動(dòng)能 能量及其變化等問(wèn)題 所以電磁感應(yīng)和力學(xué)知識(shí)發(fā)生聯(lián)系是必然的 由于這類問(wèn)題中物理過(guò)程比較復(fù)雜 狀態(tài)變化過(guò)程中變量比較多 關(guān)鍵是能抓住狀態(tài)變化過(guò)程中變量 變 的特點(diǎn)和規(guī)律 從而確定狀態(tài)變化過(guò)程中的臨界點(diǎn) 求解時(shí)注意從動(dòng)量 能量的觀點(diǎn)出發(fā) 運(yùn)用相應(yīng)的規(guī)律進(jìn)行分析和解答 三 方法解析 1 電磁感應(yīng)中的電路分析 在電磁感應(yīng)中 切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 則該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源 將它們接上電容器可以使電容器充電 將它們接上電阻或用電器可以對(duì)用電器供電 穿過(guò)閉合回路的磁場(chǎng)增強(qiáng) 在回路中產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì) 這種由于磁場(chǎng)的變化而激發(fā)的電場(chǎng)叫感生電場(chǎng) 由感生電場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 叫做感生電動(dòng)勢(shì) 3 感生電動(dòng)勢(shì)和動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 一段導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)電源 這時(shí)非靜電力與洛倫茲力有關(guān) 由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 014 山東泰安市07年第一輪質(zhì)量檢測(cè)13 13 如圖所示 光滑矩形斜面ABCD的傾角 30 在其上放置一矩形金屬線框abcd ab的邊長(zhǎng)L1 1m bc的邊長(zhǎng)L2 0 6m 線框的質(zhì)量m 1kg 電阻R 0 1 線框通過(guò)細(xì)線繞過(guò)定滑輪與重物相連 細(xì)線與斜面平行且靠近 重物質(zhì)量M 2kg 離地面的高度為H 4 8m 斜面上efgh區(qū)域是有界勻強(qiáng)磁場(chǎng) 方向垂直于斜面向上 已知AB到ef的距離為S1 4 2m ef到gh的距離S2 0 6m gh到CD的距離為S3 3 8m 取g 10m s2 現(xiàn)讓線框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 開(kāi)始時(shí)刻 cd與AB邊重合 發(fā)現(xiàn)線框勻速穿過(guò)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 求 1 線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v0 2 efgh區(qū)域內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 3 線框在通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q 4 畫出線框從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到ab邊與CD邊重合過(guò)程中線框的速度 時(shí)間圖象 解 1 設(shè)ab進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度為v0 由機(jī)械能守恒得 2 ab在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受安培力 3 由能量守恒 4 ab邊離開(kāi)ef的時(shí)間為為 線框進(jìn)入磁場(chǎng)后 做勻速直線運(yùn)動(dòng) 直到cd邊離開(kāi)gh的時(shí)間為 題目 此時(shí)M剛好著地 細(xì)繩松弛 線框繼續(xù)向上做減速運(yùn)動(dòng) 直到線框的cd邊離開(kāi)CD線 其加速度大小為 設(shè)線框cd邊離開(kāi)CD的速度為v1 整個(gè)過(guò)程的速度 時(shí)間圖象如圖所示 題目 第2頁(yè) 049 西安市重點(diǎn)中學(xué)2008屆4月份理綜試題19 19 兩個(gè)沿水平方向且磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的有水平邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 如圖所示 磁場(chǎng)高度均為L(zhǎng) 一個(gè)框面與磁場(chǎng)方向垂直 質(zhì)量為m 電阻為R 邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬框abcd 從某一高度由靜止釋放 當(dāng)ab邊剛進(jìn)入第一個(gè)磁場(chǎng)時(shí) 金屬框恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)ab邊下落到GH和JK之間的某位置時(shí) 又恰好開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng) 整個(gè)過(guò)程空氣阻力不計(jì) 求金屬框從ab邊開(kāi)始進(jìn)入第一個(gè)磁場(chǎng)至剛剛到達(dá)第二個(gè)磁場(chǎng)下邊界JK過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q 解 設(shè)ab邊剛進(jìn)入第一個(gè)磁場(chǎng)時(shí)的速度為v1 安培力為F1 因框作勻速運(yùn)動(dòng) 有 mg F1 BI1L E BLv1 由 可得 設(shè)ab邊到達(dá)GH和JK的之間某位置時(shí) 線框的速度為v2 ab邊的安培力為F2 cd邊的安培力為F3 F2 F3 mg 2F2 2BI2L 由 得 題目 線框ab從開(kāi)始進(jìn)入第一個(gè)磁場(chǎng)上邊界至剛剛到達(dá)第二個(gè)磁場(chǎng)下邊界JK的過(guò)程 由能量守恒得 由 得 題目 第2頁(yè) 059 江蘇南通市2008屆第三次調(diào)研測(cè)試13 13 14分 如圖所示 兩足夠長(zhǎng)平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN PQ相距為L(zhǎng) 導(dǎo)軌平面與水平面夾角 30 導(dǎo)軌上端跨接一定值電阻R 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 整個(gè)裝置處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒cd垂直于MN PQ放置在導(dǎo)軌上 且與導(dǎo)軌保持電接觸良好 金屬棒的質(zhì)量為m 電阻為r 重力加速度為g 現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放 當(dāng)金屬棒沿導(dǎo)軌下滑距離為s時(shí) 速度達(dá)到最大值vm 求 1 金屬棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小 2 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 3 金屬棒沿導(dǎo)軌下滑距離為s的過(guò)程中 電阻R上產(chǎn)生的電熱 解 1 金屬棒開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小為a 由牛頓第二定律有 解得 2 設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 則金屬棒達(dá)到最大速度時(shí) 產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) 回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流 金屬棒棒所受安培力 cd棒所受合外力為零時(shí) 下滑的速度達(dá)到最大 則 由 式解得 題目 3 設(shè)電阻R上產(chǎn)生的電熱為Q 整個(gè)電路產(chǎn)生的電熱為Q總 則 由 式解得 題目 第2頁(yè) 061 北京西城區(qū)2008年5月抽樣23 23 18分 如圖所示 螺線管與相距L的兩豎直放置的導(dǎo)軌相連 導(dǎo)軌處于垂直紙面向外 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 金屬桿ab垂直導(dǎo)軌 桿與導(dǎo)軌接觸良好 并可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng) 螺線管橫截面積為S 線圈匝數(shù)為N 電阻為R1 管內(nèi)有水平向左的變化磁場(chǎng) 已知金屬桿ab的質(zhì)量為m 電阻為R2 重力加速度為g 不計(jì)導(dǎo)軌的電阻 不計(jì)空氣阻力 忽略螺線管磁場(chǎng)對(duì)桿ab的影響 1 為使ab桿保持靜止 求通過(guò)ab的電流的大小和方向 2 當(dāng)ab桿保持靜止時(shí) 求螺線管內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化率 3 若螺線管內(nèi)方向向左的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率 k 0 將金屬桿ab由靜止釋放 桿將向下運(yùn)動(dòng) 當(dāng)桿的速度為v時(shí) 仍在向下做加速運(yùn)動(dòng) 求此時(shí)桿的加速度的大小 設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng) 解 1 以ab為研究對(duì)象 根據(jù)平衡條件 mg B0IL 求出 通過(guò)ab桿電流方向?yàn)橛蒪到a 2 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 根據(jù)歐姆定律 求出 題目 3 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 ab桿切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) E2 B0Lv 總電動(dòng)勢(shì)E總 E1 E2 感應(yīng)電流 根據(jù)牛頓第二定律 安培力F B0I L 求出 題目 第2頁(yè) 062 北京市海淀區(qū)二模反饋題23 23 高頻焊接是一種常用的焊接方法 圖1是焊接的原理示意圖 將半徑為r 10cm的待焊接的環(huán)形金屬工件放在線圈中 然后在線圈中通以高頻變化電流 線圈產(chǎn)生垂直于工件所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖2所示 t 0時(shí)刻磁場(chǎng)方向垂直線圈所在平面向外 工件非焊接部分單位長(zhǎng)度上的電阻R0 1 0 10 3 m 1 焊縫處的接觸電阻為工件非焊接部分電阻的9倍 焊接的縫寬非常小 不計(jì)溫度變化對(duì)電阻的影響 1 求環(huán)形金屬工件中感應(yīng)電流的大小 在圖3中畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的i t圖象 以逆時(shí)針?lè)较螂娏鳛檎?2 求環(huán)形金屬工件中感應(yīng)電流的有效值 3 求t 0 30s內(nèi)電流通過(guò)焊接處所產(chǎn)生的焦耳熱 解 1 環(huán)形金屬工件電阻為 R 2 rR0 9 2 rR0 20 rR0 6 28 10 3 在0 2T 3時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 電流為 由楞次定律得到電流方向逆時(shí)針 I t關(guān)系圖象如圖4所示 題目 2 設(shè)環(huán)形金屬工件中電流的有效值為I效 在一個(gè)周期內(nèi) 解得 3 在t 0 30s內(nèi)電流通過(guò)焊接處所產(chǎn)生的焦耳熱為 而R 9 2 rR0 5 65 10 3 解得 Q I2R t 1 13 103J 題目 第2頁(yè) 065 08年南京一中第三次模擬15 15 15分 如圖所示 光滑的平行水平金屬導(dǎo)軌MN PQ相距L 在M點(diǎn)和P點(diǎn)間連接一個(gè)阻值為R的電阻 在兩導(dǎo)軌間cdfe矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導(dǎo)軌平面豎直向上 寬為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 一質(zhì)量為m 電阻為r 長(zhǎng)度也剛好為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒ab垂直擱在導(dǎo)軌上 與磁場(chǎng)左邊界相距d0 現(xiàn)用一個(gè)水平向右的力F拉棒ab 使它由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 棒ab離開(kāi)磁場(chǎng)前已做勻速直線運(yùn)動(dòng) 棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好接觸 導(dǎo)軌電阻不計(jì) F隨ab與初始位置的距離x變化的情況如圖 F0已知 求 1 棒ab離開(kāi)磁場(chǎng)右邊界時(shí)的速度 2 棒ab通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中整個(gè)回路產(chǎn)生的焦耳熱 3 試證明 棒ab通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中 通過(guò)電阻R的電量與拉力F的大小無(wú)關(guān) 解 1 設(shè)離開(kāi)右邊界時(shí)棒ab速度為v 則有 解得 2 在ab棒運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中 根據(jù)動(dòng)能定理 由功能關(guān)系 解得 題目 3 所以 通過(guò)電阻R的電量與拉力F的大小無(wú)關(guān) 題目 第2頁(yè) 064 08年福建省十大名校高考模擬試題16 16 15分 如圖所示 在方向豎直向上 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 有兩條相互平行且相距L的光滑金屬導(dǎo)軌P1P2P3 Q1Q2Q3 兩導(dǎo)軌間用阻值為R的電阻連接 導(dǎo)軌P2P3 Q2Q3在同一水平面上 P2Q2 P2P3 傾斜導(dǎo)軌和水平導(dǎo)軌均用相切的一小段光滑圓弧連接 其長(zhǎng)度可以略去不計(jì) 在傾角為 的斜導(dǎo)軌P1P2 Q1Q2上放置一根質(zhì)量為m的細(xì)金屬桿AB 桿AB始終垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持良好接觸 現(xiàn)用沿P1P2方向的拉力F施加于桿AB 使桿AB在高h(yuǎn)處由靜止開(kāi)始向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)桿AB運(yùn)動(dòng)到P2Q2處時(shí)撤去拉力 最終在CD處停下 測(cè)得CD與P2Q2之間的距離為s 不計(jì)導(dǎo)軌和桿AB的電阻 不計(jì)空氣阻力 求 桿AB下滑的過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量q 桿AB運(yùn)動(dòng)到P2Q2處時(shí)的速度大小v 回路中的最大感應(yīng)電流Im和桿AB在斜導(dǎo)軌上的加速度大小a 解 設(shè)桿AB下滑過(guò)程中所用的時(shí)間為 t 則下滑過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 平均電流 又 由 解得 而 由 可得 題目 設(shè)桿AB在P2Q2處的速度大小為v 在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 由動(dòng)量定理得 又 與 式同理可得 由 解得 題目 第2頁(yè) 桿AB運(yùn)動(dòng)到水平軌道的P2Q2處時(shí) 回路中的感應(yīng)電流最大 下滑過(guò)程有 題目 第2頁(yè) 第3頁(yè) 052 2008年北京東城區(qū)第一次模擬試題24 24 20分 如圖所示 兩根完全相同的光滑金屬導(dǎo)軌OP OQ固定在水平桌面上 導(dǎo)軌間的夾角為 74 導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度的電阻為r0 0 10 m 導(dǎo)軌所在空間有垂直于桌面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 且磁場(chǎng)隨時(shí)間變化 磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 與時(shí)間t的關(guān)系為B k t 其中比例系數(shù)k 2T s 將電阻不計(jì)的金屬桿MN放置在水平桌面上 在外力作用下 t 0時(shí)刻金屬桿以恒定速度v 2m s從O點(diǎn)開(kāi)始向右滑動(dòng) 在滑動(dòng)過(guò)程中保持MN垂直于兩導(dǎo)軌間夾角的平分線 且與導(dǎo)軌接觸良好 已知導(dǎo)軌和金屬桿均足夠長(zhǎng) sin37 0 6 cos37 0 8 求 1 在t 6 0s時(shí) 回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 2 在t 6 0s時(shí) 金屬桿MN所受安培力的大小 3 在t 6 0s時(shí) 外力對(duì)金屬桿MN所做功的功率 解 1 經(jīng)時(shí)間t時(shí) 金屬桿切割磁感線的有效長(zhǎng)度為 回路所圍的面積為 回路的總電阻為 解法一 金屬桿 有效長(zhǎng)度 切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為 E1 BLv 12V 根據(jù)楞次定律可判斷其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針 由 兩式可得回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 E E1 E2 6V 產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針 產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針 題目 解法二 題目 第2頁(yè) 解法三 說(shuō)明 故t 6s時(shí) 回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為 題目 第2頁(yè) 第3頁(yè) 2 金屬桿MN所受安培力的大小為 F安 BIL 由閉合電路歐姆定律可知回路中的電流 聯(lián)立 得F安 12N 3 外力對(duì)金屬桿MN所做功的功率為P外 F外v 由于金屬桿MN以恒定速度向右滑動(dòng)有F安 F外 聯(lián)立 解得 P外 12 2 24W 題目 第2頁(yè) 第3頁(yè) 第4頁(yè) 066 珠海市2008年高考模擬考試19 19 18分 如圖 豎直放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN PQ相距L 在M點(diǎn)和P點(diǎn)間接一個(gè)阻值為R的電阻 在兩導(dǎo)軌間OO1O1 O 矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導(dǎo)軌平面向里 寬為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 一質(zhì)量為m 電阻為r的導(dǎo)體棒ab垂直擱在導(dǎo)軌上 與磁場(chǎng)上邊邊界相距d0 現(xiàn)使ab棒由靜止開(kāi)始釋放 棒ab在離開(kāi)磁場(chǎng)前已經(jīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng) 棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好的電接觸且下落過(guò)程中始終保持水平 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 求 1 棒ab在離開(kāi)磁場(chǎng)下邊界時(shí)的速度 2 棒ab在通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱 3 試分析討論ab棒進(jìn)入磁場(chǎng)后可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況 解 1 設(shè)ab棒離開(kāi)磁場(chǎng)邊界前做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v 產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為 E BLv 電路中電流 對(duì)ab棒 由平衡條件得 mg BIL 0 解得 2 由能量守恒定律 解得 題目 3 設(shè)棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為v0 由 得 棒在磁場(chǎng)中勻速時(shí)速度為 則 當(dāng)v0 v 即時(shí) 棒進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)v0 v 即時(shí) 棒進(jìn)入磁場(chǎng)后做先加速后勻速直線運(yùn)動(dòng) 當(dāng)v0 v 即時(shí) 棒進(jìn)入磁場(chǎng)后做先減速后勻速直線運(yùn)動(dòng) 題目 第2頁(yè) gk004 2008年高考物理上海卷24 24 14分 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 現(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r 2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 解 1 以導(dǎo)體棒為研究對(duì)象 棒在磁場(chǎng)I中切割磁感線 棒中產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 導(dǎo)體棒ab從A下落r 2時(shí) 導(dǎo)體棒在重力與安培力作用下做加速運(yùn)動(dòng) 由牛頓第二定律 得 式中 由以上各式可得到 題目 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的勻加速直線運(yùn)動(dòng) 有 得 題目 第2頁(yè) 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 題目 第2頁(yè) 第3頁(yè) 3 設(shè)導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)II后經(jīng)過(guò)時(shí)間t的速度大小為 此時(shí)安培力大小為 由于導(dǎo)體棒ab做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 有 根據(jù)牛頓第二定律 有 即 由以上各式解得 題目 第2頁(yè) 第3頁(yè) 第4頁(yè) gk005 2008年高考江蘇卷15 若a進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí) b以與a同樣的速度進(jìn)入第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域 求b穿過(guò)第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中增加的動(dòng)能 Ek 若a進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí) b恰好離開(kāi)第1個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域 此后a離開(kāi)第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí) b又恰好進(jìn)入第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域 且a b在任意一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域或無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相等 求a穿過(guò)第2個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中 兩導(dǎo)體棒產(chǎn)生的總焦耳熱Q 對(duì)于第 問(wèn)所述的運(yùn)動(dòng)情況 求a穿出第k個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速率v 解 a和b不受安培力作用 由機(jī)械能守恒得 設(shè)導(dǎo)體棒剛進(jìn)入無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度為v1 剛離開(kāi)無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度為v2 由能量守恒知 在磁場(chǎng)區(qū)域中 在無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域中 解得 題目 在無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律 且平均速度 在有磁場(chǎng)區(qū)域 棒a受到合力 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 感應(yīng)電流 解得 題目 第2頁(yè) 根據(jù)牛頓第二定律 在t到t t時(shí)間內(nèi) 則有 解得 聯(lián)列 式解得 由題意知 題目 第2頁(yè) 第3頁(yè) gk007 2008年高考理綜天津卷25 25 22分 磁懸浮列車是一種高速低耗的新型交通工具 它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如下模型 固定在列車下端的動(dòng)力繞組可視為一個(gè)矩形純電阻金屬框 電阻為R 金屬框置于xOy平面內(nèi) 長(zhǎng)邊MN長(zhǎng)為l 平行于y軸 寬為d的NP邊平行于x軸 如圖1所示 列車 軌道沿Ox方向 軌道區(qū)域內(nèi)存在垂直于金屬框平面的磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿Ox方向按正弦規(guī)律分布 其空間周期為 最大值為B0 如圖2所示 金屬框同一長(zhǎng)邊上各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同 整個(gè)磁場(chǎng)以速度v0沿Ox方向勻速平移 設(shè)在短暫時(shí)間內(nèi) MN PQ邊所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化可以忽略 并忽略一切阻力 列車在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下沿Ox方向加速行駛 某時(shí)刻速度為v v v0 1 簡(jiǎn)要敘述列車運(yùn)行中獲得驅(qū)動(dòng)力的原理 2 為使列車獲得最大驅(qū)動(dòng)力 寫出MN PQ邊應(yīng)處于磁場(chǎng)中的什么位置及 與d之間應(yīng)滿足的關(guān)系式 3 計(jì)算在滿足第 2 問(wèn)的條件下列車速度為v時(shí)驅(qū)動(dòng)力的大小 解 1 由于列車速度與磁場(chǎng)平移速度不同 導(dǎo)致穿過(guò)金屬框的磁通量發(fā)生變化 由于電磁感應(yīng) 金屬框中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 該電流受到的安培力即為驅(qū)動(dòng)力 2 為使列車獲得最大驅(qū)動(dòng)力 MN PQ應(yīng)位于磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度同為最大值且反向的地方 這會(huì)使得金屬框所圍面積的磁通量變化率最大 導(dǎo)致框中電流最強(qiáng) 也會(huì)使得金屬框長(zhǎng)邊中電流受到的安培力最大 題目 3 由于滿足第 2 問(wèn)條件 則MN PQ邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0且方向總相反 經(jīng)短暫的時(shí)間 t 磁場(chǎng)沿Ox方向平移的距離為v0 t 同時(shí) 金屬框沿Ox方向移動(dòng)的距離為v t 因?yàn)関0 v 所以在 t時(shí)間內(nèi)MN邊掃過(guò)磁場(chǎng)的面積 在此 t時(shí)間內(nèi) MN邊左側(cè)穿過(guò)S的磁通移進(jìn)金屬框而引起框內(nèi)磁通量變化 同理 該 t時(shí)間內(nèi) PQ邊左側(cè)移出金屬框的磁通引起框內(nèi)磁通量變化 題目 第2頁(yè) 故在 t內(nèi)金屬框所圍面積的磁通量變化 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 金屬框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小 根據(jù)閉合電路歐姆定律有 根據(jù)安培力公式 MN邊所受的安培力 題目 第2頁(yè) 第3頁(yè) PQ邊所受的安培力 根據(jù)左手定則 MN PQ邊所受的安培力方向相同 此時(shí)列車驅(qū)動(dòng)力的大小 聯(lián)列解得 題目 第2頁(yè) 第3頁(yè) 第4頁(yè) 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全