高中物理-法拉第電磁感應(yīng)應(yīng)用單棒問題課件-新人教版選修3

1、如以下圖，水平面上有電阻不計的光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距為，左端通過導(dǎo)線與阻值為的電阻連接，右端通過導(dǎo)線與阻值為的小燈泡連接，在矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場，長為，區(qū)域內(nèi)的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化如以下圖，在時，一阻值為的金屬棒在恒力作用下由靜止開始從位置沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動，當(dāng)金屬棒從位置運(yùn)動到位置過程中，小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化，求：〔1〕通過小燈泡的電流強(qiáng)度；〔2〕恒力的大小〔3〕金屬棒的質(zhì)量第一頁，編輯于星期五：十一點九分。解：〔1〕金屬棒未進(jìn)入磁場時，R總＝RL＋R/2＝5，E1＝0.5V，IL＝E1/R總＝0.1A，〔2〕因燈泡亮度不變，故4s末金屬棒進(jìn)入磁場時剛好勻速運(yùn)動，I＝IL＋I(xiàn)R＝0.3A，F(xiàn)＝FA＝BId＝0.3N，〔3〕E2＝1V，v＝1m/s，，a＝0.25m/s2，m＝1.2kg。第二頁，編輯于星期五：十一點九分。2、兩根金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角為θ=30°的斜面上，導(dǎo)軌左端接有電阻R=10Ω，導(dǎo)軌自身電阻忽略不計。勻強(qiáng)磁場垂直于斜面向上，磁感強(qiáng)度B=0.5T。質(zhì)量為m=0.1kg，電阻可不計的金屬棒ab靜止釋放，沿導(dǎo)軌下滑。如以下圖，設(shè)導(dǎo)軌足夠長，導(dǎo)軌寬度L=2m，金屬棒ab下滑過程中始終與導(dǎo)軌接觸良好，當(dāng)金屬棒下滑h=3m時，速度恰好到達(dá)最大值v=2m/s。求此過程中電阻中產(chǎn)生的熱量。第三頁，編輯于星期五：十一點九分。解法1：當(dāng)金屬棒速度恰好到達(dá)最大速度時，受力分析，那么mgsinθ=F安+f據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：E=BLv；據(jù)閉合電路歐姆定律：I=∴F安=ILB==0.2N；∴f=mgsinθ－F安=0.3N下滑過程據(jù)動能定理得：mgh－f－W=mv2解得W=1J，∴此過程中電阻中產(chǎn)生的熱量Q=W=1J解法2：當(dāng)金屬棒速度恰好到達(dá)最大速度時，受力分析，那么據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：E=BLv；據(jù)閉合電路歐姆定律：I=∴F安=BIL由以上各式解得F安=0.2N；所以導(dǎo)體受到的摩擦力為下滑過程據(jù)動能定理得：；解得第四頁，編輯于星期五：十一點九分。3、如以下圖，固定在水平桌面上的光滑金屬框架cdef處于豎直向下磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場中.金屬桿ab與金屬框架接觸良好.此時abed構(gòu)成一個邊長為l的正方形，金屬桿的電阻為r，其余局部電阻不計.abcdef⑴假設(shè)從t=0時刻起，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加，每秒鐘增量為k，施加一水平拉力保持金屬桿靜止不動，求金屬桿中的感應(yīng)電流.⑵在情況⑴中金屬桿始終保持不動，當(dāng)t=t1秒末時，求水平拉力的大小.⑶假設(shè)從t=0時刻起，磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸減小，當(dāng)金屬桿在框架上以恒定速度v向右做勻速運(yùn)動時，可使回路中不產(chǎn)生感應(yīng)電流.寫出磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時間t的函數(shù)關(guān)系式.abcdef第五頁，編輯于星期五：十一點九分。答案：⑴⑵⑶-------提示：產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的原因。

第六頁，編輯于星期五：十一點九分。4、一個“〞形導(dǎo)軌PONQ，其質(zhì)量為M=2.0kg，放在光滑絕緣的水平面上，處于勻強(qiáng)磁場中，另有一根質(zhì)量為m=0.60kg的金屬棒CD跨放在導(dǎo)軌上，CD與導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)是0.20，CD棒與ON邊平行，左邊靠著光滑的固定立柱a、b，勻強(qiáng)磁場以ab為界，左側(cè)的磁場方向豎直向上〔圖中表示為垂直于紙面向外〕，右側(cè)磁場方向水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小都是0.80T，如以下圖.導(dǎo)軌ON段長為0.50m，電阻是0.40Ω，金屬棒CD的電阻是0.20Ω，其余電不計.導(dǎo)軌在水平拉力作用下由靜止開始以0.20m/s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動，一直到CD中的電流到達(dá)4.0A時，導(dǎo)軌改做勻速直線運(yùn)動.設(shè)導(dǎo)軌足夠長，取g=10m/s2.求：⑴導(dǎo)軌運(yùn)動起來后，C、D兩點哪點電勢較高？⑵導(dǎo)軌做勻速運(yùn)動時，水平拉力F的大小是多少？⑶導(dǎo)軌做勻加速運(yùn)動的過程中，水平拉力F的最小值是多少？⑷CD上消耗的電功率為P=0.80W時，水平拉力F做功的功率是多大？PQONCDabBF答案：⑴C⑵2.48N⑶1.6N⑷6.72W第七頁，編輯于星期五：十一點九分。5、如以下圖，寬度為L的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ的電阻不計，垂直導(dǎo)軌水平放置一質(zhì)量為m電阻為R的金屬桿CD，整個裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)軌平面與水平面之間的夾角為θ，金屬桿由靜止開始下滑，動摩擦因數(shù)為μ，下滑過程中重力的最大功率為P，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。诎隧?，編輯于星期五：十一點九分。解：金屬桿先加速后勻速運(yùn)動，設(shè)勻速運(yùn)動的速度為v，此時有最大功率，金屬桿的電動勢為：E=BLv〔3分〕回路電流I=〔3分〕安培力F=BIL〔3分〕金屬桿受力平衡，那么有：mgsinθ=F+μmgcosθ〔3分〕重力的最大功率P=mgvsinθ〔3分〕解得：B=(3分)第九頁，編輯于星期五：十一點九分。θaFbBRcdef6、如以下圖，有兩根足夠長、不計電阻，相距L的平行光滑金屬導(dǎo)軌cd、ef與水平面成θ角固定放置，底端接一阻值為R的電阻，在軌道平面內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直軌道平面斜向上.現(xiàn)有一平行于ce、垂直于導(dǎo)軌、質(zhì)量為m、電阻不計的金屬桿ab，在沿軌道平面向上的恒定拉力F作用下，從底端ce由靜止沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動，當(dāng)ab桿速度到達(dá)穩(wěn)定后，撤去拉力F，最后ab桿又沿軌道勻速回到ce端.ab桿向上和向下運(yùn)動的最大速度相等.求:拉力F和桿ab最后回到ce端的速度v.第十頁，編輯于星期五：十一點九分。θ╯FBFFNmgv解:當(dāng)ab桿沿導(dǎo)軌上滑到達(dá)最大速度v時，其受力如以下圖:由平衡條件可知:F-FB-mgsinθ=0①又FB=BIL②而③聯(lián)立①②③式得:④同理可得，ab桿沿導(dǎo)軌下滑達(dá)到最大速度時:⑤聯(lián)立④⑤兩式解得:第十一頁，編輯于星期五：十一點九分。7、如圖11－20所示，在磁感強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場中，有一個半徑r=0.5m的金屬圓環(huán)。圓環(huán)所在的平面與磁感線垂直。OA是一個金屬棒，它沿著順時針方向以20rad/s的角速度繞圓心O勻速轉(zhuǎn)動。A端始終與圓環(huán)相接觸OA棒的電阻R=0.1Ω，圖中定值電阻R1=100Ω，R2=4.9Ω，電容器的電容C=100pF。圓環(huán)和連接導(dǎo)線的電阻忽略不計，求：〔1〕電容器的帶電量。哪個極板帶正電?！?〕電路中消耗的電功率是多少？第十二頁，編輯于星期五：十一點九分。8、質(zhì)量為m、直徑為d、電阻為R的金屬圓環(huán)，在范圍足夠大的磁場中沿數(shù)值方向下落，磁場的分布情況如以下圖，磁感應(yīng)強(qiáng)度豎直方向分量By的大小只隨高度y變化，其隨高度y變化的關(guān)系為By=B0(1+ky)(此處k為比例常數(shù)，且k>0)，其中沿圓環(huán)軸線的磁場方向始終豎直向上。金屬圓環(huán)在下落過程中的環(huán)面始終保持水平，速度越來越大，最終穩(wěn)定為某一數(shù)值，稱為收尾速度。求：〔1〕圓環(huán)中感應(yīng)電流的方向〔2〕圓環(huán)收尾速度的大小第十三頁，編輯于星期五：十一點九分。解析：〔1〕根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向為順時針〔俯視觀察〕〔2〕圓環(huán)下落高度為y時的磁通量為設(shè)收尾速度為vm，以此速度運(yùn)動Δt時間內(nèi)磁通量的變化為根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有圓環(huán)中感應(yīng)電流的電功率為重力做功的功率為根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律有解得第十四頁，編輯于星期五：十一點九分。9、如圖14所示，電動機(jī)牽引的是一根原來靜止的長為，質(zhì)量為金屬棒，棒電阻為，架在處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為的水平勻強(qiáng)磁場中的豎直放置的固定框架上，磁場方向與框架平面垂直，當(dāng)導(dǎo)體棒由靜止上升高度時獲得穩(wěn)定速度，該過程中其產(chǎn)生的焦耳熱為。電動機(jī)牽引導(dǎo)體棒過程中，電壓表、電流表的讀數(shù)分別為、，電動機(jī)內(nèi)阻為，不計框架電阻及一切摩擦，求：〔１〕金屬棒所到達(dá)的穩(wěn)定速度的大小；〔２〕金屬棒從靜止開始運(yùn)動到達(dá)穩(wěn)定速度所需的時間。第十五頁，編輯于星期五：十一點九分。10、如以下圖，兩條互相平行的光滑金屬導(dǎo)軌位于水平面內(nèi)，距離為，在導(dǎo)軌的一端接有阻值為的電阻，在處有與水平面垂直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度。一質(zhì)量的金屬桿垂直放置在導(dǎo)軌上，并以的初速度進(jìn)入磁場，在安培力和一垂直于桿的水平外力的共同作用下做勻變速直線運(yùn)動，加速度大小為，方向與初速度方向相反。設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿的電阻都可以忽略，且接觸良好。求：(1)電流為零時金屬桿的位置；(2)電流位最大值一半時，施加在金屬桿上的外力的大小及方向；第十六頁，編輯于星期五：十一點九分。解：（1）所以時（2）向右運(yùn)動時：所以向左運(yùn)動時：所以第十七頁，編輯于星期五：十一點九分。11、如以下圖導(dǎo)體棒ab質(zhì)量為100g，用絕緣細(xì)線懸掛后，恰好與寬度為50cm的光滑水平導(dǎo)軌良好接觸.