電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的切割類問題

1、韶關(guān)行文教育16電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的切割類問題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的切割類問題：如果感應(yīng)電動(dòng)勢是由導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，叫做動(dòng)生電動(dòng)勢。1、電磁感應(yīng)中的電路問題在電磁感應(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,該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，將它們接上電容器，便可使電容器充電；將它們接上電阻等用電器,便可對用電器供電，在回路中形成電流。 因此，電磁感應(yīng)問題往往與電路問題聯(lián)系在一起。解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法是:用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向;畫等效電路;運(yùn)用全電路歐姆定律，串并聯(lián)電路性質(zhì)，電功率等公式聯(lián)立求解。典題例題1： （ 8分）如圖所示，勻強(qiáng)磁場的

2、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.1T，水平放置的框架寬度L=0.4m，框架電阻不計(jì)。金屬棒電阻R = 0.8 Q,定值電阻 Ri=2 Q, R2=3 Q,當(dāng)金屬棒ab在拉力F的作用下以v=5m/s的速度向左勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),afX X X XV1X X X X|N(1)金屬棒ab兩端的電壓(2)電阻Ri的熱功率鞏固練習(xí)1:如圖所示，一個(gè)U形導(dǎo)體框架，其寬度L=1m ,框架所在平面與水平面的夾用a=30。其電阻可忽略不計(jì)。設(shè)勻強(qiáng)磁場與 U形框架的平面垂直。勻強(qiáng)磁場的磁感強(qiáng)度B=0.2T。今有一條形導(dǎo)體ab，其質(zhì)量為 m = 0.5kg，有效電阻R=0.1 Q,跨接在U形框架上，并且能無摩擦地滑動(dòng),(1 )由靜止釋放

3、導(dǎo)體，導(dǎo)體ab下滑的最大速度Vm ；(2)在最大速度vm時(shí)，在ab上釋放的電功率。(g=10m/s 2)。鞏固練習(xí)2:如圖所示，在水平面內(nèi)固定一光滑“U ”型導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距 L=1m，整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感強(qiáng)度B=0.5T.一導(dǎo)體棒以 vo=2m/s 的速度向右切割勻強(qiáng)磁場，導(dǎo)體棒在回路中的電阻r=0.3 Q,定值電阻 R=0.2 Q,其余電阻忽略不計(jì)求:(1)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢;(2)R上消耗的電功率;1 X XX1述XtXXLXXXXXX XX X X XX X X X XX(3)若在導(dǎo)體棒上施加一外力F,使導(dǎo)體棒保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，求力F的大小和方向.2、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中

4、的力學(xué)問題(1 )通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)問題聯(lián)系 在一起，基本方法是: 用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向; 求回路中電流強(qiáng)度; 分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向) 列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解。(2 )電磁感應(yīng)力學(xué)問題中，要抓好受力情況，運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析，導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感a=0時(shí)，速度v達(dá)最應(yīng)電動(dòng)勢7感應(yīng)電流7通電導(dǎo)體受安培力7合外力變化7加速度變化7速度變化7周而復(fù) 始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，抓住 大值的特點(diǎn)。典題例題2: (16分)如圖甲所示，光滑且足夠長的平行金屬導(dǎo)軌M

5、N、PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距 L=lm，電阻Ri=3 Q, R2=1.5 Q,導(dǎo)軌上放一質(zhì)量 m=1kg 的金屬桿,長度與金屬導(dǎo)軌等寬，與導(dǎo)軌接觸良好，金屬桿的電阻r=1.0 Q,導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=1.OT的勻強(qiáng)磁場中，磁場的方向垂直導(dǎo)軌平面向下.現(xiàn)用一拉力(I2)隨位沿水平方向拉桿，使金屬桿由靜止開始運(yùn)動(dòng).圖乙所示為通過金屬桿中的電流平方移(X)變化的圖線，當(dāng)金屬桿運(yùn)動(dòng)位移為5m時(shí)，求:(1) 金屬桿的動(dòng)能:(2) 安培力的功率;(3)拉力F的大小.鞏固練習(xí)1:如圖所示，一正方形線圈從某一高度自由下落，恰好勻速進(jìn)入其下方的勻強(qiáng)磁場區(qū)域已知正方形線圈質(zhì)量為

6、m，邊長為L,電阻為R,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,高度為2L,求:LXXX其XXXXXXXXXXXXXXXXXXX2L(1 )線圈進(jìn)入磁場時(shí)回路產(chǎn)生的感應(yīng)電流Ii的大小和方向;(2 )線圈離開磁場過程中通過橫截面的電荷量(3 )線圈下邊緣剛離開磁場時(shí)線圈的速度的大小.鞏固練習(xí)2:如圖所示，在水平面內(nèi)固定一光滑“U ”型導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距 L=1m，整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，磁感強(qiáng)度B=0.5T .導(dǎo)體棒以 V0=2m/s 的速度向右切割勻強(qiáng)磁場，導(dǎo)體棒在回路中的電阻r=0.3 Q,定值電阻 R=0.2 Q,其余電阻忽略不計(jì).求:1 XXX1 yX(XXH E£KXXXXX X X

7、 X X XX X X X X X(1)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢;(2 ) R上消耗的電功率;(3) 若在導(dǎo)體棒上施加一外力F,使導(dǎo)體棒保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，求力F的大小和方向.3、電磁感應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化問題導(dǎo)體切割磁感線或閉合回路中磁通量發(fā)生變化,在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，機(jī)械能或其他形式能量便轉(zhuǎn)化為電能， 具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱,又可使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電阻的內(nèi)能，因此，電磁感應(yīng)過程總是伴隨著能量轉(zhuǎn)化，用能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)研究電磁感應(yīng)問題常是導(dǎo)體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)(勻速直線運(yùn)動(dòng)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng))，對應(yīng)的受力特點(diǎn)是合外力為零，能量轉(zhuǎn)化過程常常是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，解決這類問題的基本方法是:用法拉第

8、電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向;畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率表達(dá)式;分析導(dǎo)體機(jī)械能的變化， 用能量守恒關(guān)系得到機(jī)械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程。典題例題3:如圖所示，平行的光滑金屬導(dǎo)軌間距為 L,導(dǎo)軌平面與水平面成 a角，導(dǎo)軌下端接有阻值為 R的電阻，質(zhì)量為 m的金屬桿ab處于導(dǎo)軌上與輕彈簧相連，彈簧勁度系數(shù)為k，上端固定，彈簧與導(dǎo)軌平面平行， 整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面斜向上的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B.開始時(shí)桿靜止，現(xiàn)給桿一個(gè)大小為V0的初速度使桿沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng).運(yùn)動(dòng)至速度為零后，桿又沿導(dǎo)軌平面向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程的最大速度大小為vi，然后減速為零

9、，再沿導(dǎo)軌平面向下運(yùn)動(dòng)一直往復(fù)運(yùn)動(dòng)到靜止.導(dǎo)軌與金屬細(xì)桿的電阻均可忽略不計(jì),(1 )細(xì)桿獲得初速度瞬間，通過回路的電流大小;(2 )當(dāng)桿向上速度達(dá)到 vi時(shí)，桿離最初靜止時(shí)位置的距離L1；(3)桿由初速度V0開始運(yùn)動(dòng)直到最后靜止，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 Q.鞏固練習(xí)1: abed是質(zhì)量為m，長和寬分別為b和I的矩形金屬線框，有靜止沿兩條平行光滑的傾斜軌道下滑，軌道平面與水平面成0角。efmn為一矩形磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向豎直向上。已知da=an=ne=b，線框的ed邊剛要離開磁區(qū)時(shí)的瞬時(shí)速度為v,整b、丨、B、也V、R)表述下列物理量。(2 )此時(shí)線框的加速度(3)線框下滑中共產(chǎn)生的熱量

10、 鞏固練習(xí)2:如圖所示，質(zhì)量為 m=0.1kg 粗細(xì)均勻的導(dǎo)線，繞制成閉合矩形線框，其中長5二或洌，寬上仙=20例，豎直放置在水平面上。中間有一磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T ,磁場寬度的勻強(qiáng)磁場。線框在水平向右的恒力F=2N的作用下，從圖示位置由靜止開始沿水平方向運(yùn)動(dòng)，線框 AB邊從左側(cè)進(jìn)入磁場，從磁場右側(cè)以0 =1m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)離開磁場，整個(gè)過程中線框始終受到大小恒定的阻力Ff=1N，且線框不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。求線框的AB邊:(1 )離開磁場時(shí)感應(yīng)電流的大小;(2 )剛進(jìn)入磁場時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小;(3)穿越磁場的過程中安培力所做的總功。4、電磁感應(yīng)中圖像問題電磁感應(yīng)現(xiàn)象中圖像問題的分析，要抓住磁通量

11、的變化是否均勻，從而推知感應(yīng)電動(dòng)勢 (電 流)大小是否恒定。用楞次定律判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(或電流)的方向，從而確定其正負(fù)，以 及在坐標(biāo)中的范圍。另外，要正確解決圖像問題，必須能根據(jù)圖像的意義把圖像反映的規(guī)律對應(yīng)到實(shí)際過程中去,又能根據(jù)實(shí)際過程的抽象規(guī)律對應(yīng)到圖像中去，最終根據(jù)實(shí)際過程的物理規(guī)律進(jìn)行判斷。典題例題4:如圖甲所示是某人設(shè)計(jì)的一種振動(dòng)發(fā)電裝置，它的結(jié)構(gòu)是一個(gè)套在輻向形永久磁鐵槽中的半徑為r = 0.1 m、匝數(shù)n = 20的線圈，磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布（其右視圖如圖乙所示）。在線圈所在位置磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為0.2 T，線圈的電阻為2 Q,它的引出線接有 8 Q的小電珠L

12、（可以認(rèn)為電阻為定值）。外力推動(dòng)線圈框架的 P端,使線圈沿軸線做往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 便有電流通過電珠。當(dāng)線圈向右的位移 x隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖丙所示時(shí)（x取向右為正），求:tJO4J00.1 02 03 (14 0L5 is *丙i/s0.1 DL2 03 0.4 oj（1 ）線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流 I的大小，并在圖丁中畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像（在 圖甲中取電流由 C向上流過電珠L到D為正）；（2 ）每一次推動(dòng)線圈運(yùn)動(dòng)過程中作用力F的大小;（3）該發(fā)電機(jī)的輸出功率 P （摩擦等損耗不計(jì)）；L, 一端通過導(dǎo)線與阻鞏固練習(xí)2:水平面上兩根足夠長的金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距為值為R的電阻連接；導(dǎo)軌上

13、放一質(zhì)量為m的金屬桿(如圖)，金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不 計(jì)；均勻磁場豎直向下.用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力 F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)改變拉力的大小時(shí)，相對應(yīng)的勻速運(yùn)動(dòng)速度V也會(huì)變化，V與F的關(guān)系如下圖。(取重力 加速度g=10m/s 2)(1 )金屬桿在勻速運(yùn)動(dòng)之前做什么運(yùn)動(dòng)?(2 )若 m=0.5kg，L=0.5m ，R=0.5 Q,磁感應(yīng)強(qiáng)度 B為多大?(3)由V-F圖線的截距可求得什么物理量？其值為多少?TXXXXXXXX家作:1.如圖所示，寬度L=1.0m 的足夠長的U形金屬框架水平放置，框架處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T，框架導(dǎo)軌上放一根質(zhì)量m=0.2kg

14、、電阻R=1.0 Q的金屬棒ab ,棒ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)尸0.5，現(xiàn)牽引力F以恒定功率P使棒從靜止開始沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)(ab棒始終與導(dǎo)軌接觸良好且垂直)，當(dāng)棒的電阻R產(chǎn)生熱量Q=7.0J時(shí)獲得穩(wěn)定速度，速度大小為3.0m/s，此過程中通過棒的電量q=4.1C?？蚣茈娮璨挥?jì),g 取 10m/s 2。求:(1 )當(dāng)棒的速度到達(dá)穩(wěn)定時(shí)，棒 ab所受的安培力的大小和方向。(2)牽引力F的恒定功率P為多大?(3) ab棒從靜止到穩(wěn)定速度的時(shí)間多少?2.如圖所示，固定于水平桌面上足夠長的兩平行光滑導(dǎo)軌PQ、MN，其電阻不計(jì)，間距d=0 . 5m , P、M兩端接有一只理想電壓表，整個(gè)裝置處于豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bo=0 . 2T的勻強(qiáng)磁場中，兩金屬棒L2平行地?cái)R在導(dǎo)軌上，其電阻均為r = 0.1 Q,質(zhì)量分別為 Mi=0 . 3kg 和 M2 = 0. 5kg。固定棒Li，使L2在水平恒力F=0 . 8N的作用下，由靜止開始運(yùn)動(dòng)。試求:(1)當(dāng)電壓表讀數(shù)為 U=0 . 2V時(shí)，棒L2的加速度為多大;棒L2能達(dá)到的最大速度 Vm .abed位于豎直平面內(nèi)，其下方有3.如圖所示，由同種材料制成的單匝正方形閉合導(dǎo)線框一勻強(qiáng)磁場區(qū)域，該區(qū)域的上邊界水平，并與線框的ab邊平行，磁場方向與線框平面垂直。已知磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,線框邊長為L,線框質(zhì)量為 m，電阻為R。線框從磁場上方某高度