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高三物理6/14/2020姓名______班级______第十章电磁感应第1页共7页专题:电磁感应现象和力学综合一、电磁感应现象中的动力学问题例题分析1、如图所示,ab和cd是位于水平面内的平行金属轨道,间距为l,其电阻可忽略不计,ac之间连接一阻值为R的电阻。ef为一垂直于ab和cd的金属杆,它与ad和cd接触良好并可沿轨道方向无摩擦地滑动,电阻可忽略。整个装置处在匀强磁场中,磁场方向垂直于图中纸面向里,磁感应强度为B,当施外力使杆ef以速度v向右匀速运动的距离为d时,则:(1)杆ef中的电流大小为,方向;(2)杆ef所受的安培力为,方向;(3)对杆施外力的外力大小F=,方向;(4)外力对杆ef所做的功为WF=;(5)安培力对杆ef所做的功为WA=;(6)电流所做的功为W电=;电路中产生的焦耳热Q=;(7)外力的功率PF=,安培力的功率PA=,电路中产生热功率PR=,外力的功率、安培力的功率、热功率的大小关系是。(8)通过回路的电量q=。2、如图所示,空间存在B=0.5T,方向竖直向下的匀强磁场,MN、PQ是处于同一水平面内相互平行的粗糙长直导轨,间距L=0.2m,电阻R=0.3Ω接在导轨另一端,ab是跨接在导轨上质量为m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的导体棒和导轨间的动摩擦因素μ=0.2,。从零时刻开始,对ab棒施加一个牵引力F=0.45N、方向水平向左的恒定拉力,使其从静止开始沿导轨做滑动,过程中棒始终保持与导轨垂直且接触良好。求(1)ab棒所能达到的最大速度;(2)试画出导体棒运动的速度—时间图像;(3)当改变拉力的大小时,相对应的ab棒能达到的最大速度vm也会改变,试画出vm-F图线。高三物理6/14/2020姓名______班级______第十章电磁感应第2页共7页课堂练习:3、如图所示,竖直放置的金属框架处于水平匀强磁场中,磁场方向如图,有一长直金属棒ab可以沿框自由滑动,框架足够长;回路总电阻为R且保持不变,当ab由静止开始下滑一段时间后,合上电键S,则ab将做()(A)匀速运动(B)加速运动(C)减速运动(D)无法确定【变式】若先合上开关,当ab由静止释放后()(A)ab的加速度将达到一个与R成反比的极限值(B)ab的速度将达到一个与R成正比的极限值(C)回路中的电流强度将达到一个与R成反比的极限值(D)回路中的电功率将达到一个与R成正比的极限值4、如图所示,U形导体框架宽L=lm,所在平面与水平面成α=30º角,电阻不计,匀强磁场与框架平面垂直,磁感应强度B=0.2T,导体棒ab质量为m=0.2kg,阻值R=0.1Ω,导体棒跨放在框架上且能无摩擦地滑动,求:(1)导体棒ab下滑的最大速度。(2)此时导体棒ab释放的电功率。5、如图所示,电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上,两相同的金属导体棒a、b垂直于导轨静止放置,且与导轨接触良好,匀强磁场垂直穿过导轨平面,现用一平行于导轨的恒力F作用在a的中点,使其向上运动。若b始终保持静止,则它所受摩擦力可能()(A)变为0(B)先减小后不变(C)等于F(D)先增大再减小6、如图所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距l=0.20m,电阻R=1Ω;有一导体杆静止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻均忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下.现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动,测得外力F与时间t的关系如图所示.求:(1)杆的质量m和加高三物理6/14/2020姓名______班级______第十章电磁感应第3页共7页速度a的大小;(2)杆开始运动后的时间t内,通过电阻R电量的表达式(用B、l、R、a、t表示).归纳总结:(思路、方法、步骤)高三物理6/14/2020姓名______班级______第十章电磁感应第4页共7页二、电磁感应现象中的能量问题例题分析7、边长分别为L、h,电阻为R,质量为m的矩形金属线框,自上而下匀速穿过宽度为h,磁感应强度为B的匀强磁场区域,求线框中产生的热量。8、电阻可忽略的光滑平行金属导轨长s=1.15m,两导轨间距L=0.75m,导轨倾角为30°,导轨上端ab接一阻值R=1.5Ω的电阻,磁感应强度B=0.8T的匀强磁场垂直轨道平面向上.阻值r=0.5Ω,质量m=0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好.从轨道上端ab处由静止开始下滑至底端,在此过程中金属棒产生的焦耳热Q=0.1J.(取g=10m/s)求:(1)金属棒在此过程中克服安培力做的功W;(2)金属棒下滑速度v=2m/s时的加速度a;(3)为求金属棒下滑的最大速度vm,有同学解答如下:由动能定理W-W=mvm2,…….由此所得结果是否正确;若正确,说明理由并完成本小题;若不正确,给出正确的解答.课堂练习:9、如图所示,有一边长为L的正方形导线框,质量为m,由高H处自由落下,其下边ab进入匀强磁场后,线圈开始做减速运动,直到其上边cd刚刚穿出磁场时,速度减为ab边刚进入磁场时速度的一半。此匀强磁场的宽度也是L。则线框在穿越匀强磁场中产生的焦耳热是()(A)2mgL(B)2mgL+mgH(C)2mgL+3mgHl4(D)2mgL+mgH/410、如图所示,两根电阻不计的光滑平行金属导轨倾角为θ,导轨下端接有电阻R,匀强磁场垂直于斜面向上。质量为m,电阻不计的金属高三物理6/14/2020姓名______班级______第十章电磁感应第5页共7页棒ab在沿斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑,上升高度h,在这过程中()(A)金属棒所受各力的合力所做的功等于零(B)金属棒所受各力的合力所做的功等于mgh和电阻R产生的焦耳热之和(C)恒力F与重力合力所做的功等于棒克服安培力所做的功与电阻R上产生的焦耳热之和(D)恒力F和重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热11、如图,矩形abcd为匀强磁场区域,磁场方向竖直向下,圆形闭合金属线圈以一定的速度沿光滑绝缘水平面向磁场区域运动。下图是线圈的四个可能到达的位置,则线圈的动能可能为零的位置是()12、在匀强磁场中把一矩形线框匀速拉出磁场区域外,第一次以匀速率v拉出,第二次以匀速率2v拉出,其他条件都相同,那么前后两次所用外力大小之比F1∶F2、产生热量之比Q1∶Q2、通过线框的电量之比q1∶q2应分别为()(A)F1∶F2=2∶l,Q1∶Q2=2∶1,q1∶q2=2∶1(B)F1∶F2=1∶2,Q1∶Q2=1∶2,q1∶q2=1∶1(C)F1∶F2=1∶l,Q1∶Q2=1∶1,q1∶q2=1∶1(D)F1∶F2=2∶l,Q1∶Q2=1∶1,q1∶q2=2∶113、长方形金属框中边长ab=2bc,放在磁感应强度为B的匀强磁场中。今将它用同一速度从磁场中向上、向右匀速拉出,在两次拉出过程中,拉力之比F1∶F2=______;拉力做功之比W1:W2=_______;通过金属框的电量之比q1∶q2=_______。14、如图,一无限长通电直导线固定在光滑水平面上,金属环质量为0.02kg,在该平面上以v0=2m/s、与导线成60°角的初速度运动,其最终的运动状态是________,环中最多能产生________J的电能。15、如图甲,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ=30°角固定,M、P之间接电阻箱R,导轨所在空间存在匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面向上,磁感应强度为B=0.5T。质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上,其接入电路的电阻值为r。现从静止释放杆ab,高三物理6/14/2020姓名______班级______第十章电磁感应第6页共7页测得最大速度为vm。改变电阻箱的阻值R,得到vm与R的关系如图乙所示。已知轨距为L=2m,重力加速度g取10m/s2,轨道足够长且电阻不计。求:(1)杆ab下滑过程中感应电流的方向及R=0时最大感应电动势E的大小;(2)金属杆的质量m和阻值r;(3)当R=4Ω时,求回路瞬时电功率每增加1W的过程中合外力对杆做的功W。归纳总结:高三物理6/14/2020姓名______班级______第十章电磁感应第7页共7页一、电磁感应中的动力学问题1.电磁感应与动力学、运动学结合的动态分析,分析方法是:导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导线受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→……周而复始地循环,直至达到稳定状态.2.分析动力学问题的步骤(1)用电磁感应定律和楞次定律、右手定则确定感应电动势的大小和方向.(2)应用闭合电路欧姆定律求出电路中感应电流的大小.(3)分析研究导体受力情况,特别要注意安培力方向的确定.(4)列出动力学方程或平衡方程求解.3.两种状态处理(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态.处理方法:根据平衡条件——合外力等于零,列式分析.(2)导体处于非平衡态——加速度不为零.处理方法:根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析.二、电磁感应中的能量问题:1.思路:从能量转化和守恒着手,运用动能定理或能量守恒定律。①基本思路:受力分析→弄清哪些力做功,正功还是负功→明确有哪些形式的能量参与转化,哪些增哪些减→由动能定理或能量守恒定律列方程求解.②能量转化特点:其它能(如:机械能)安培力做负功电能电流做功内能(焦耳热)2.电能求解的三种方法:①功能关系:电磁感应过程产生的电能等于该过程克服安培力所做的功:Q=-W安②能量守恒:电磁感应过程中产生的电能等于该过程中其他形式能的减少量:Q=ΔE其他③利用电流做功:电磁感应过程中产生的电能等于通过电路中电流所做的功:Q=I2Rt
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