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文檔簡介
1、1、如圖(a)兩相距L=0.5m的平行金屬導(dǎo)軌固定于水平面上,導(dǎo)軌左端與阻值R=2的電阻連接,導(dǎo)軌間虛線右側(cè)存在垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場,質(zhì)量m=0.2kg的金屬桿垂直于導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌與金屬桿的電阻可忽略,桿在水平向右的恒定拉力作用下由靜止開始運動,并始終與導(dǎo)軌垂直,其v-t圖像如圖(b)所示,在15s時撤去拉力,同時使磁場隨時間變化,從而保持桿中電流為0,求:(1)金屬桿所受拉力的大小為F;(2)0-15s勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為;(3)15-20s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化規(guī)律。2、如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L=0.2m,長為2d,d=0.5m,上
2、半段d導(dǎo)軌光滑,下半段d導(dǎo)軌的動摩擦因素為=,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為=30°勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=5T,方向與導(dǎo)軌平面垂直質(zhì)量為m=0.2kg的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放,在粗糙的下半段一直做勻速運動,導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直,接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R=3,導(dǎo)體棒的電阻為r=1,其他部分的電阻均不計,重力加速度取g=10m/s2,求:(1)導(dǎo)體棒到達(dá)軌道底端時的速度大??;(2)導(dǎo)體棒進(jìn)入粗糙軌道前,通過電阻R上的電量q;(3)整個運動過程中,電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q3、如圖甲所示,兩根足夠長、電阻不計的光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為L11m,導(dǎo)軌平面與水平面成30°角,上端連接阻
3、值R15的電阻;質(zhì)量為m02kg、阻值r05的金屬棒ab放在兩導(dǎo)軌上,距離導(dǎo)軌最上端為L24m,棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。整個裝置處于一勻強(qiáng)磁場中,該勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間變化的情況如圖乙所示。為保持ab棒靜止,在棒上施加了一平行于導(dǎo)軌平面的外力F, g=10m/s2求:(1)當(dāng)t2s時,外力F1的大小;(2)當(dāng)t3s前的瞬間,外力F2的大小和方向;(3)請在圖丙中畫出前4s外力F隨時間變化的圖像(規(guī)定方向沿斜面向上為正);4、如圖3311甲所示,一足夠長阻值不計的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ之間的距離L1.0 m,NQ兩端連接阻值R1.0 的電阻,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻
4、強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌所在平面向上,導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角30°.一質(zhì)量m0.20 kg、阻值r0.50 的金屬棒垂直于導(dǎo)軌放置并用絕緣細(xì)線通過光滑的定滑輪與質(zhì)量M0.60 kg的重物P相連細(xì)線與金屬導(dǎo)軌平行金屬棒沿導(dǎo)軌向上滑行的速度v與時間t之間的關(guān)系如圖3311乙所示,已知金屬棒在00.3 s內(nèi)通過的電量是0.30.6 s內(nèi)通過電量的,g10 m/s2,求:甲乙圖3311(1)00.3 s內(nèi)棒通過的位移;(2)金屬棒在00.6 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量5、如圖甲所示,水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置,間距d0.5 m,電阻不計,左端通過導(dǎo)線與阻值R 2 W的電阻連接,右端通過導(dǎo)線與阻值RL
5、 4 W的小燈泡L連接在CDEF矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場,CE長l =2 m,有一阻值r =2 W的金屬棒PQ放置在靠近磁場邊界CD處CDEF區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間變化如圖22乙所示在t0至t4s內(nèi),金屬棒PQ保持靜止,在t4s時使金屬棒PQ以某一速度進(jìn)入磁場區(qū)域并保持勻速運動已知從t0開始到金屬棒運動到磁場邊界EF處的整個過程中,小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化,求:(1)通過小燈泡的電流 (2)金屬棒PQ在磁場區(qū)域中運動的速度大小
6、 參考答案一、計算題1、(1)0.24N;(2)0.4T;(3)(2)在1015s時間段桿在磁場中做勻速運動,因此有以F=0.24N,mg=0.16N代入解得B0=0.4T(3)由題意可知在1520s時間段通過回路的磁通量不變,設(shè)桿在1520s內(nèi)運動距離為d,15s后運動的距離為xB(t)L(d+x)=B0Ld其中d=20mx=4(t-15)-0.4(t-1
7、5)2由此可得 2、考點:導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢;電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化.專題:電磁感應(yīng)功能問題分析:(1)研究導(dǎo)體棒在粗糙軌道上勻速運動過程,受力平衡,根據(jù)平衡條件即可求解速度大?。?)進(jìn)入粗糙導(dǎo)軌前,由法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律和電量公式結(jié)合求解電量(3)導(dǎo)體棒在滑動時摩擦生熱為Qf=2mgdcos,再根據(jù)能量守恒定律求解電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q解答:解:(1)導(dǎo)體棒在粗糙軌道上受力平衡:由 mgsin =mgcos +BIL 得:I=0.5A
8、160; 由BLv=I(R+r) 代入數(shù)據(jù)得:v=2m/s (2)進(jìn)入粗糙導(dǎo)軌前,導(dǎo)體棒中的平均
9、電動勢為: =導(dǎo)體棒中的平均電流為: =所以,通過導(dǎo)體棒的電量為:q=t=0.125C (3)由能量守恒定律得:2mgdsin =Q電+mgdcos +mv2得回路中產(chǎn)生的焦耳熱為:Q電=0.35J 所以,電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為:Q=Q電=0.2625J
10、; 答:(1)導(dǎo)體棒到達(dá)軌道底端時的速度大小是2m/s;(2)導(dǎo)體棒進(jìn)入粗糙軌道前,通過電阻R上的電量q是0.35C;(3)整個運動過程中,電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q是0.2625J點評:本題實質(zhì)是力學(xué)的共點力平衡與電磁感應(yīng)的綜合,都要求正確分析受力情況,運用平衡條件列方程,關(guān)鍵要正確推導(dǎo)出安培力與速度的關(guān)系式,分析出能量是怎樣轉(zhuǎn)化的 3、【知識點】導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢;閉合電路的歐姆定律;法拉第電磁感應(yīng)定律;電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化J2 L2 L3【答案解析】(1)0;(2)0.5N,方向沿斜面向下;(3)如圖所示解析:(
11、1)當(dāng)t=2s時,回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為:E=,B2=1T,應(yīng)電流為:I=;根據(jù)楞次定律判斷可知,ab所受的安培力沿軌道向上;ab棒保持靜止,受力平衡,設(shè)外力沿軌道向上,則由平衡條件有:mgsin30°-B2IL1-F1=0可解得:F1=mgsin30°-B2IL1=0.2×10×sin30°-1×1×1=0(2)當(dāng)t=3s前的瞬間,由圖可知,B3=1.5T,設(shè)此時外力沿軌道向上,則根據(jù)平衡條件得:F2+B3IL1-mg sin30°=0則得:F2=mg sin30°-B3IL1=0.2
12、15;10×sin30°-1.5×1×1=-0.5N,負(fù)號說明外力沿斜面向下(3)規(guī)定F方向沿斜面向上為正,在0-3s內(nèi),根據(jù)平衡條件有:mgsin30°-BIL1-F=0而B=0.5t(T)則得:F=mgsin30°-BIL1=0.2×10×sin30°-0.5T×1×1=1-0.5T(N)當(dāng)t=0時刻,F(xiàn)=1N在3-4s內(nèi),B不變,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,ab不受安培力,則由平衡條件得:F=mgsin30°=0.2×10×sin30°N=1N畫出前
13、4s外力F隨時間變化的圖象如圖所示【思路點撥】(1)由圖知,0-3s時間內(nèi),B均勻增大,回路中產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律求出感應(yīng)電流,由平衡條件求解t=2s時,外力F1的大?。?)與上題用同樣的方法求出外力F2的大小和方向(3)由B-t圖象得到B與t的關(guān)系式,根據(jù)平衡條件得到外力F與t的關(guān)系式,再作出圖象解決本題的關(guān)鍵掌握法拉第電磁感應(yīng)定律、平衡條件、安培力公式和能量守恒定律等等電磁學(xué)和力學(xué)規(guī)律,得到解析式,再畫圖象是常用的思路,要多做相關(guān)的訓(xùn)練 4、解析:(1)金屬棒在0.30.6 s內(nèi)通過的電量是q1I1t1金屬棒在00.3 s內(nèi)通過的電量q2由題知q
14、1q2,代入解得x20.3 m.(2)金屬棒在00.6 s內(nèi)通過的總位移為xx1x2vt1x2,代入解得x0.75 m根據(jù)能量守恒定律MgxmgxsinQ(Mm)v2代入解得Q2.85 J由于金屬棒與電阻R串聯(lián),電流相等,根據(jù)焦耳定律QI2Rt,得到它們產(chǎn)生的熱量與電阻成正比,所以金屬棒在00.6 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量QrQ1.9 J.答案:(1)0.3 m(2)1.9 J 5、【解析】(1)在t0至t4s內(nèi),金屬棒PQ保持靜止,磁場變化導(dǎo)致電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢電路為r與R并聯(lián),再與RL串聯(lián),電路的總電阻5
15、; 此時感應(yīng)電動勢=0.5×2×0.5V=0.5V 通過小燈泡的電流為:0.1A (2)當(dāng)棒在磁場區(qū)域中運動時,由導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢,電路為R與RL并聯(lián),再與r串聯(lián),此時電路的總電阻2 由于燈泡中電流不變,所以燈泡的電流IL=0.1A,則流過棒的電流為0.3A 電動勢
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