專題電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題

關(guān)于專題電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)和能量問(wèn)題第1頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.安培力的方向判斷3.牛頓第二定律及功能關(guān)系第2頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三4．兩大研究對(duì)象及其關(guān)系 電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒既可看作電學(xué)對(duì)象(因?yàn)樗喈?dāng)于電源)，又可看作力學(xué)對(duì)象(因?yàn)楦袘?yīng)電流產(chǎn)生安培力)，而感應(yīng)電流I和導(dǎo)體棒的速度v則是聯(lián)系這兩大對(duì)象的紐帶：第3頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三例1.如圖所示，光滑斜面的傾角α＝30°，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)L1＝1m，bc邊的邊長(zhǎng)L2＝0.6m，線框的質(zhì)量m＝1kg，電阻R＝0.1Ω，線框通過(guò)細(xì)線與重物相連，重物質(zhì)量M＝2kg，斜面上ef(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，如果線框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間做勻速運(yùn)動(dòng)，ef和gh的距離s＝11.4m，(取g＝10m/s2)，求：(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物的加速度；(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v；(3)ab邊由靜止開(kāi)始到運(yùn)動(dòng)到gh處所用的時(shí)間t；(4)ab邊運(yùn)動(dòng)到gh處的速度大小及在線框由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到gh處的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱．第4頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前重物的加速度(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)的速度v(3)ab邊由靜止開(kāi)始到運(yùn)動(dòng)到gh處所用的時(shí)間t第5頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三(4)ab邊運(yùn)動(dòng)到gh處的速度大小及在線框由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到gh處的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱第6頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題

1．電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化2．求解焦耳熱Q的三種方法第7頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三例2.間距為L(zhǎng)＝2m的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如圖4甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面．質(zhì)量均為m＝0.1kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直放置形成閉合回路．桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)，細(xì)桿ab、cd的電阻分別為R1＝0.6Ω，R2＝0.4Ω.整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.50T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(圖中未畫出)．當(dāng)ab在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿也同時(shí)從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)．測(cè)得拉力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示．g＝10m/s2.第8頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三分析：ab由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，即t=0時(shí)F=1.5NFA=0.（ab勻加速運(yùn)動(dòng)）×10-1第9頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三(2)求當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時(shí)ab桿的速度大小×fmgFAN(3)若從開(kāi)始到cd桿達(dá)到最大速度的過(guò)程中拉力F做了5.2J的功，通過(guò)cd桿橫截面的電荷量為2C，求該過(guò)程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱第10頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.如圖所示，足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ豎直放置，一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌的上端M與P間連接阻值為R＝0.40Ω的電阻，質(zhì)量為m＝0.01kg、電阻為r＝0.30Ω的金屬棒ab緊貼在導(dǎo)軌上．現(xiàn)使金屬棒ab由靜止開(kāi)始下滑，其下滑距離與時(shí)間的關(guān)系如下表所示，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，重力加速度g取10m/s2.試求：時(shí)間t(s)00.10.20.30.40.50.60.7下滑距離s(m)00.10.30.71.42.12.83.5(1)當(dāng)t＝0.7s時(shí)，重力對(duì)金屬棒ab做功的功率；(2)金屬棒ab在開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的0.7s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱；(3)從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到t＝0.4s的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)金屬棒ab的電荷量．第11頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三(1)當(dāng)t＝0.7s時(shí)，重力對(duì)金屬棒ab做功的功率(2)金屬棒ab在開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的0.7s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱(3)從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到t＝0.4s的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)金屬棒ab的電荷量第12頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.某興趣小組設(shè)計(jì)了一種發(fā)電裝置，如圖所示．在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角α均為4π/9，磁場(chǎng)均沿半徑方向．匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長(zhǎng)ab＝cd＝L、bc＝ad＝2L.線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，bc邊和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)．在磁場(chǎng)中，兩條邊所經(jīng)過(guò)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直．線圈的總電阻為r，外接電阻為R.求：(1)線圈切割磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小Em；(2)線圈切割磁感線時(shí)，bc邊所受安培力的大小F；(3)外接電阻上電流的有效值I.第13頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三5．(單選)如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框質(zhì)量為m，由距磁場(chǎng)H＝4L/3高處自由下落，其下邊ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，線圈開(kāi)始做減速運(yùn)動(dòng)，直到其上邊cd剛剛穿出磁場(chǎng)時(shí)，速度減為ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的一半，磁場(chǎng)的寬度也為L(zhǎng)，則線框穿越勻強(qiáng)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱為

(

)．A．2mgL B.10mgL/3

C．3mgL D.7mgL/3第14頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三6．(單選)如圖所示，足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置，且都傾斜著與水平面成夾角θ.在導(dǎo)軌的最上端M、P之間接有電阻R，不計(jì)其他電阻．導(dǎo)體棒ab從導(dǎo)軌的最底端沖上導(dǎo)軌，當(dāng)沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)，ab上升的最大高度為H；若存在垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，ab上升的最大高度為h.在兩次運(yùn)動(dòng)過(guò)程中ab都與導(dǎo)軌保持垂直，且初速度都相等．關(guān)于上述情景，下列說(shuō)法正確的是(

)．B第15頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三7．(多選)如圖甲所示，在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4，在L1L2之間、L3L4之間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，大小均為1T，方向垂直紙面向里．現(xiàn)有一矩形線圈abcd，寬度cd＝0.5m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為2Ω，將其從圖示位置靜止釋放(cd邊與L1重合)，速度隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖乙所示，t1時(shí)刻cd邊與L2重合，t2時(shí)刻ab邊與L3重合，t3時(shí)刻ab邊與L4重合，已知t1～t2的時(shí)間間隔為0.6s，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中線圈平面始終處于豎直方向．重力加速度g取10m/s2，則(

)．A．在0～t1時(shí)間內(nèi)，通過(guò)線圈的電荷量為0.25CB．線圈勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為8m/sC．線圈的長(zhǎng)度為1mD．0～t3時(shí)間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為4.2JAB第16頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三dabcdabct1dabct2第17頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.如圖所示，兩條平行導(dǎo)軌所在平面與水平地面的夾角為θ，間距為L(zhǎng).導(dǎo)軌上端接有一平行板電容器，電容為C.導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌平面．在導(dǎo)軌上放置一質(zhì)量為m的金屬棒，棒可沿導(dǎo)軌下滑，且在下滑過(guò)程中保持與導(dǎo)軌垂直并良好接觸．已知金屬棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g.忽略所有電阻．讓金屬棒從導(dǎo)軌上端由靜止開(kāi)始下滑，求：(1)電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關(guān)系；(2)金屬棒的速度大小隨時(shí)間變化的關(guān)系．第18頁(yè)，講稿共21頁(yè)，2023