下载此文档

35 电磁感应中的“杆+导轨”模型问题(解析版).doc


文档分类:高等教育 | 页数:约33页 举报非法文档有奖
1/33
下载提示
  • 1.该资料是网友上传的,本站提供全文预览,预览什么样,下载就什么样。
  • 2.下载该文档所得收入归上传者、原创者。
  • 3.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
1/33 下载此文档
文档列表 文档介绍
该【35 电磁感应中的“杆+导轨”模型问题(解析版) 】是由【和合】上传分享,文档一共【33】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【35 电磁感应中的“杆+导轨”模型问题(解析版) 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。1/37专题十电磁感应精做35电磁感应中的“杆+导轨”模型问题1.(2017·江苏卷)如图所示,两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内,,其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后,金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求:(1)MN刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小l;(2)MN刚扫过金属杆时,杆的加速度大小a;(3)PQ刚要离开金属杆时,感应电流的功率P。【答案】(1)(2)(3)(3)金属杆切割磁感线的速度,则2/37感应电动势电功率解得2.(2017·北京卷)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。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。(1)求在Δt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。(2)从微观角度看,导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作用。为了方便,可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。学科#(图1的导体棒ab)、图4(图2的导体棒ab)中,分别画出自由电荷所受洛伦兹力的示意图。,洛伦兹力对运动电荷不做功。那么,导体棒ab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?请以图2“电动机”为例,通过计算分析说明。3/37【答案】(1)(2)、(2),棒ab向右运动,由左手定则可知其中的正电荷受到b→a方向的洛伦兹力,在该洛伦兹力作用下,正电荷沿导体棒运动形成感应电流,有沿b→a方向的分速度,受到向左的洛伦兹力作用;图4中,在电源形成的电场作用下,棒ab中的正电荷沿a→b方向运动,受到向右的洛伦兹力作用,该洛伦兹力使导体棒向右运动,正电荷具有向右的分速度,又受到沿b→a方向的洛伦兹力作用。如图3、图4。4/,沿导体棒定向移动的速率为u。如图4所示,沿棒方向的洛伦兹力,做负功垂直棒方向的洛伦兹力,做正功所示,即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零。做负功,阻碍自由电荷的定向移动,宏观上表现为“反电动势”,消耗电源的电能;做正功,宏观上表现为安培力做正功,使机械能增加。大量自由电荷所受洛伦兹力做功的宏观表现是将电能转化为等量的机械能,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。3.(2016·全国新课标Ⅱ卷)如图,水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻,质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上。t=0时,金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动,t0时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动。杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为μ。重力加速度大小为g。求:(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小;(2)电阻的阻值。【答案】(1)(2)【解析】(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a,由牛顿第二定律得ma=F–μmg①设金属杆到达磁场左边界时的速度为v,由运动学公式有v=at0②当金属杆以速度v在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为E=Blv③5/37联立①②③式可得E=Blt0④(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆的电流为I,根据欧姆定律I=⑤式中R为电阻的阻值。金属杆所受的安培力为f=BIl⑥因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得F–μmg–f=0⑦联立④⑤⑥⑦式得R=⑧4.(2016·全国新课标Ⅲ卷)如图,两条相距l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内,其左端接一阻值为R的电阻;一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上;在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为S的区域,区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场,磁感应强度大小B1随时间t的变化关系为,式中k为常量;在金属棒右侧还有一匀强磁场区域,区域左边界MN(虚线)与导轨垂直,磁场的磁感应强度大小为B0,方向也垂直于纸面向里。某时刻,金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动,在t0时刻恰好以速度v0越过MN,此后向右做匀速运动。金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好,它们的电阻均忽略不计。求(1)在t=0到t=t0时间间隔内,流过电阻的电荷量的绝对值;(2)在时刻t(t>t0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小。【答案】(1)(2)【解析】在金属棒未越过MN之前,t时刻穿过回路的磁通量为①设在从t时刻到的时间间隔内,回路磁通量的变化量为,流过电阻R的电荷量为由法拉第电磁感应有②由欧姆定律有③由电流的定义有④联立①②③④可得⑤6/37由⑤可得,在t=0到t=的时间间隔内,流过电阻R的电荷量q的绝对值为⑥,两根足够长的直金属MN、PQ平行放置在倾角为q的绝缘斜面上,两导轨间距为L。M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上,并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下。导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦。(1)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,ab杆中的电流及其加速度的大小;7/37(2)求在下滑过程中ab杆可达到的最大速度。(3)从开始下滑到达到最大速度的过程中,棒沿导轨下滑了距离s,求整个装置生热多少。【答案】(1)(2)(3)【解析】(1)在加速下滑过程中,当ab杆的速度大小为v时,感应电动势E=BLv此时ab杆中的电流金属杆受到的安培力:由牛顿第二定律得:(2)金属杆匀速下滑时速度达到最大,由平衡条件得:则速度的最大值(3)若达到最大速度时,导体棒下落高度为h,由能量守恒定律得则焦耳热【名师点睛】当杆匀速运动时杆的速度最大,分析清楚杆的运动过程是解题的前提;分析清楚杆的运动过程后,应用E=BLv、欧姆定律、安培力公式、牛顿第二定律、平衡条件与能量守恒定律即可解题;求解热量时从能量角度分析可以简化解题过程。,两足够长的光滑金属导轨竖直放置,相距为L,一理想电流表与两导轨相连,匀强磁场与导轨平面垂直。一质量为m、有效电阻为4R的导体棒在距磁场上边界h处静止释放。导体棒进入磁场后,流经电流表的电流逐渐减小,,导体棒与导轨接触良好,且始终保持水平,不计导轨的电阻。求:9/37(1)磁感应强度的大小B;(2)电流稳定后,导体棒运动速度的大小v;(3)流经电流表电流的最大值Im。【答案】(1)(2)(3)【解析】(1)电流稳定后,导体棒做匀速运动BIL=mg①解得②(2)感应电动势E=BLv③感应电流I=④由②③④式解得(3)由题意知,导体棒刚进入磁场时的速度最大,设为vm机械能守恒mvm2=mgh感应电动势的最大值Em=,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距,左端接有阻值的电阻,一质量,电阻的金属棒放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度。棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以的加速度做匀加速运动,当棒的位移时撤去外力,棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比9/37。导轨足够长且电阻不计,棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求:()棒在匀加速运动过程中,通过电阻的电荷量。()撤去外力后回路中产生的焦耳热。()外力做的功。【答案】()()()【解析】()棒匀加速运动所用时间为,有,解得根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律求电路中产生的平均电流为:根据电流定义式有:,两根平行放置的导电轨道,间距为L,倾角为,轨道间接有电动势为E,内阻为r的电源,现将一根质量为m、电阻为R的金属杆ab水平且与轨道垂直放置,金属杆与轨道接触摩擦和电阻均不计,整个装置处在匀强磁场中且10/37ab杆静止在轨道上,求:(1)若磁场竖直向上,则磁感应强度B1是多少?(2)如果金属杆对轨道无压力,则匀强磁场的磁感应强度的B2是多少?方向如何?(3)若所加匀强磁场的大小和方向可以改变,则磁感应强度B3至少多大?方向如何?【答案】(1)(2)水平向左(3)垂直斜面向上【解析】(1)依题意,对金属棒ab进行受力分析,如图所示:闭合电路欧姆定律,有:根据平衡条件,有:F=mgtanθ安培力大小为:F=B1IL联立解得:解得:(2)金属棒ab静止在斜面上且对斜面压力为零,则安培力F′与重力G构成一对平衡力,根据平衡条件,有:F′=mg又F′=B2ILI

35 电磁感应中的“杆+导轨”模型问题(解析版) 来自淘豆网www.taodocs.com转载请标明出处.

相关文档 更多>>
非法内容举报中心
文档信息
  • 页数33
  • 收藏数0 收藏
  • 顶次数0
  • 上传人和合
  • 文件大小2.07 MB
  • 时间2024-04-16