高中物理河北保定高三上學(xué)期單棒切割模型一求解電磁感應(yīng)中的電量、位移、焦耳熱模型

1、河北安國(guó)中學(xué)電磁感應(yīng)中單桿模型的動(dòng)態(tài)分析（一）高亞敏速度V0W0Vo=0力 學(xué)和 運(yùn) 動(dòng) 學(xué) 分 析導(dǎo)體桿以速度 v切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E = BLv ,電流I = E = BLv ,安R RD 2 . 2一上 _BLv ,一，培力F =BIL =,做減速運(yùn)動(dòng)：RvaJ,當(dāng) v=0 時(shí)，F(xiàn) = 0,a=0,桿保持靜止開始時(shí)a =，桿ab速度v =感應(yīng)電 m動(dòng)勢(shì) E = BLv=I=安培力5安=BIL 由F F安=ma知a J ,當(dāng)_ 一 一，F(xiàn)Ra 0 時(shí)，v 最大，vm 2 2B L圖 像 觀 點(diǎn) 能 量 觀 點(diǎn)均Q= _ = 一 1 jJ能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,121 = - mv02.L1

2、F做的功中的一部分轉(zhuǎn)化為桿的動(dòng)能，一12部分廣熱：WF = Q + mvm21、（多選）如圖所示，兩根豎直放置的光滑平行導(dǎo)軌，其一部分處于方向垂直導(dǎo)軌所在平面且有上下水平邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一根金屬桿MN成水平沿導(dǎo)軌滑下，在與導(dǎo)軌和電阻R組成的閉合電路中，其他電阻不計(jì)。當(dāng)金屬桿MN進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)后，其運(yùn)動(dòng)的速度圖像可能是下圖中的（ACD ）Lt = m v在電磁感應(yīng)現(xiàn)象問題中求解距離問題的方法：運(yùn)動(dòng)學(xué)公式。動(dòng)量定理。（vAt是V-t圖像的面積）利用電量 q =退1=R總R總L,導(dǎo)軌左端與電阻R2、質(zhì)量為 m的導(dǎo)體棒可沿光滑水平的平行軌道滑行，兩軌道間距離為連接，放在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為

3、 棒所滑行的距離。B,桿的速度為V0,電阻不計(jì)，如圖，試求3、如圖所示，間距為L(zhǎng),電阻不計(jì)的足夠長(zhǎng)平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌左端用一阻值為 R的電阻連接，導(dǎo)軌上橫跨一根質(zhì)量為 m 電阻也為R的金屬棒，金屬棒與軌道接觸良好.整個(gè)裝置處于豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.現(xiàn)使金屬棒以初速度vo沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，若金屬棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中通過的電荷量為q.下列說法正確的是（D ）A.金屬棒在導(dǎo)軌上做勻減速運(yùn)動(dòng)B.整個(gè)過程中電阻 R上產(chǎn)生的焦耳熱為2C整個(gè)過程中金屬棒在導(dǎo)軌上發(fā)生的位移為以上D.整個(gè)過程中金屬棒克服安培力做功為工4、（多選）如圖，兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌MN和PQ放置在水平面上，間距

4、為 L,電阻不計(jì)，磁感應(yīng)弓II度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直軌道平面向下，兩導(dǎo)軌之間連接的電阻阻值為Ro在導(dǎo)軌上有一均勻金屬棒 ab,其長(zhǎng)度為2L,阻值為2R.金屬棒與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，接觸點(diǎn)為C、d。在ab棒上施加水平拉力使其以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，下列說法正確的是（BD ）A、金屬棒c、d兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為 BLvX XI X X X X X必-斗一、Nfxxxx5xxxT X X X X i0X xl X X X X X3 _B、金屬棒ab兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為 BLv2一 ，一， BLvC、通過電阻的電流大小為R2,2 2BLvD、水平拉力的功率為 2R5、（多選）如圖，MN是兩條足夠

5、長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌，傾角 0=30 ,間距L=0.5m,導(dǎo)軌間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2T、方向垂直導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。PQ是兩根完全相同的導(dǎo)體棒，長(zhǎng)度為 L,質(zhì)量m=0.5kg,電阻R=0.8 Q ,兩導(dǎo)體棒間隔一定距離，垂直導(dǎo)軌放置在立柱右側(cè)。某時(shí)刻開始，處于上方的導(dǎo)體棒P受到沿導(dǎo)軌平面向上、大小與時(shí)間的關(guān)系為F =35+1 25t的變力作用，在開始的一段時(shí) 間內(nèi)導(dǎo)體棒P做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)處于下方 的導(dǎo)體棒Q開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，撤去導(dǎo)軌上的立柱。 兩導(dǎo)軌均與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度g取10 / 2,下列說法正確的是III/ s(BD )A、導(dǎo)體棒P做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度大小為2m

6、/s2,運(yùn)動(dòng)1s后導(dǎo)體棒P的速度為2m/s,此時(shí),導(dǎo)體棒Q開始運(yùn)動(dòng)B、當(dāng)導(dǎo)體棒Q開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒P沿導(dǎo)軌平面向上運(yùn)動(dòng)的距離為4m,這個(gè)過程通過回路某一橫截面的電量為 2.5CC、當(dāng)?shù)揭话鬛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒 P的機(jī)械能增加了 14J,回路中電流為2.5A,產(chǎn)生的焦耳熱為20JD、當(dāng)導(dǎo)體棒 Q運(yùn)動(dòng)了 4s時(shí)，導(dǎo)體棒PQ組成的系統(tǒng)的總動(dòng)量為16kgm/s6、（多選）圖甲所示是電阻可忽略的足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌。已知導(dǎo)軌的間距L=1.0m,導(dǎo)軌的傾角4 = 30,導(dǎo)軌上端接的電阻 130,整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng) 磁場(chǎng)中。阻值丁 =0 50、質(zhì)量m=0.2kg的金屬棒與導(dǎo)軌垂直且接觸

7、良好，從導(dǎo)軌上端由靜止開始下滑。電流傳感器記錄了金屬棒在下滑過程中產(chǎn)生的電流隨時(shí)間變化的規(guī)律，如圖乙所示。2取 g=10m/ s。貝U ( AQA.磁感應(yīng)強(qiáng)度白大小為 1.0T02.0s 的時(shí)間內(nèi)，通過導(dǎo)體棒的電荷量為2.0C02.0s的時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體棒下滑的距離為3.2m02.0s的時(shí)間內(nèi)，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為 2.8J7、（多選）如圖甲所示，間距為40cm的兩金屬導(dǎo)軌ab、cd光滑且足夠長(zhǎng)，固定于同一水平面上，導(dǎo)軌的電阻可不計(jì)，定值電阻R的阻值為20。垂直于導(dǎo)軌放置一質(zhì)量為 0.8kg的金屬桿，金屬桿連入電路中的電阻為2 Q o整個(gè)裝置處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為2T,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面

8、向下。現(xiàn)對(duì)桿施加一水平向右 的拉力F,使桿從靜止開始運(yùn)動(dòng)，以某時(shí)刻作為零時(shí)刻，圖乙所示為R兩端電壓的平方U2隨時(shí)間變化的關(guān)系圖象，則下列說法正確的是（BD ）A、金屬桿做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B、5s末金屬桿的速度為 3m/sC、5s內(nèi)金屬桿產(chǎn)生的焦耳熱為5.4JD、5s內(nèi)拉力F做的功為 7.2J8、（多選）如圖所示，兩根平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，其左端接有定值電阻R,建立ox軸平行于金屬導(dǎo)軌，在 0 MxM4m的空間區(qū)域內(nèi)存在著垂直導(dǎo)軌平面向下的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨坐標(biāo)x （以m為單位）的分布規(guī)律為 B =0.8-0.2x（T）,金屬棒ab在外力作用下從x=0處沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，ab始終與導(dǎo)

9、軌垂直并接觸良好，不計(jì)導(dǎo)軌和金屬棒的電阻。設(shè)在金屬棒從 Xi =1m處，經(jīng)x2 =2m到x3 = 3m的過程中，電阻器R的電功率始終保持不變，則（ BCDA.金屬棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)B.金屬棒運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)始終不變C.金屬棒在、與乂2處受到磁場(chǎng)B的作用力大小之比為 3: 2D.金屬棒從Xi至iX2與從X2到x3的過程中通過 R的電量之比為5: 39、如圖M N是水平面內(nèi)平行放置的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌右側(cè)彎折后且關(guān)于x軸堆成，導(dǎo)軌右側(cè)頂點(diǎn)坐標(biāo)為x=4m,導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（圖中未畫出）。金屬棒ab靜止在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌始終垂直并接觸良好，ab中點(diǎn)串接一體積很小的電阻R。某時(shí)刻開始金屬

10、棒 ab在外力作用下向右運(yùn)動(dòng)，已知金屬棒ab在導(dǎo)軌上從x=0到x=4cm處的 過程中，電阻 R消耗的電功率不變，除電阻 R外其 余部分電阻不計(jì)。下列說法不正確的是A、金屬棒ab經(jīng)過x=1m和x=3m處時(shí)速度大小之比為 1： 2B、金屬棒ab經(jīng)過x=1m和x=3m處時(shí)受到的安培力大小之比為2： 1C、在金屬棒ab從x=1m至ij x=2m和x=2m至ij x=3m處的過程中，通過電阻R的電量之比為1: 1D、在金屬棒ab從x=1m至ij x=2m和x=2m到x=3m處的過程中，通過電阻R消耗的電能之比為4： 3注意：求電能的公式 Q = I 2Rt = IRIt = IRq所以D選項(xiàng)中消耗電能之

11、比為電量之比10、如圖所示，間距為L(zhǎng)的平行且足夠長(zhǎng)的光滑導(dǎo)軌由兩部分組成.傾斜部分與水平部分平滑相連，傾角為0 ,在傾斜導(dǎo)軌頂端連接一阻值為r的定值電阻.質(zhì)量為 m電阻也為r的金屬桿MN直導(dǎo)軌跨放在導(dǎo)軌上，在傾斜導(dǎo)軌區(qū)域加一垂直導(dǎo)軌平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在水平導(dǎo)軌區(qū)域加另一垂直軌道平面向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度也為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng).閉合開關(guān)S,讓金屬桿MNR圖示位置由靜止釋放，已知金屬桿 MN!動(dòng)到水平軌道前， 已達(dá)到最大速度，不計(jì)導(dǎo)軌電阻且金屬桿 MN臺(tái)終與導(dǎo)軌接觸良好，重力加速度為g.求： TOC o 1-5 h z (1)金屬桿MNE傾斜導(dǎo)軌上滑彳T的最大速率Vm；(2)金屬桿MNS傾

12、斜導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，速度未達(dá)到最大速度Vm前，當(dāng)流經(jīng)一定值電阻的電流從零增大到 I。的過程中，通過定值電阻的電荷量為 q,求這段時(shí)間內(nèi)在定值電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q;(3)金屬桿MNE水平導(dǎo)軌上滑彳T的最大距離xm.解析 (1)金屬桿MNE傾斜導(dǎo)軌上滑行的速度最大時(shí)，其受到的合力為零,對(duì)其受力分析，可得 mgin 0 - BImL= 0根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律可得:10BLvmI m=2r./曰2mgisin 0解得：Vm= Yl(2)設(shè)在這段時(shí)間內(nèi)，金屬桿MN1動(dòng)的位移為xBA S BLx7 =72r A t 2r A t由電流的定義可得：q= I At根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路

13、歐姆定律得：平均電流i2qr解得：x=-BL設(shè)電流為I0時(shí)金屬桿MN勺速度為V%根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律,可得 10BLvd /口 2rI 0， 解(于 V0= di 2rBL設(shè)此過程中，電路產(chǎn)生的焦耳熱為Q熱，由功能關(guān)系可得:12mg)sin 0 = Q熱 + ,mv 一，1定值電阻r產(chǎn)生的焦耳熱 Q= qQ熱2 2“，口mgqrsin 0 mIo r解得：Q=-節(jié)日 BL B La,速度為v時(shí)回路電流為(3)設(shè)金屬桿MN水平導(dǎo)軌上滑行時(shí)的加速度大小為二定律得：BIL = ma由法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律可得：11 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l

14、 bookmark30 o Current Document BLv 日 E2L2Av得：Xm=4nmgr2sin BTI = 2T： 2TV=叱TB2L2E2L2TTVA t = mA V, 即 7T_Xm= mw2r2r11、如圖所示，電動(dòng)機(jī)牽引一根橫跨在豎直光滑導(dǎo)軌上的 導(dǎo)體棒 MN ,開始時(shí)導(dǎo)體棒靜止，長(zhǎng)度 L=1m ,質(zhì)量 m=0.1kg ,電阻 Ri=0.5 Q光滑導(dǎo)軌的PQ部分電阻為R2=0.5 Q其它部分電阻和摩擦不計(jì).導(dǎo)體框架區(qū)域內(nèi)有 垂直導(dǎo)軌面的磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T .當(dāng)導(dǎo)體棒上升3.8m時(shí)獲得穩(wěn)定的速度，此過程中導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳 熱為1J,牽引導(dǎo)體棒的電壓表、電流表的讀數(shù)分別恒定為7V、1A,電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻 r=1 Q, g取10m/s2,求(1)電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率；(2)棒能達(dá)到的穩(wěn)定速度；(3)棒從靜止達(dá)到穩(wěn)定速度所需時(shí)間.解析：(1)導(dǎo)體棒從靜止開始不可能做勻減速運(yùn)動(dòng).導(dǎo)體棒在電動(dòng)機(jī)牽引力的作用下做加速 運(yùn)動(dòng)，先做加速度減小的加速度運(yùn)動(dòng)，后做勻速運(yùn)動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).此時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率為：P出=IU-I 2r=1 X7-12X2