2021年高考物理二輪復(fù)習(xí)專題09電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用教學(xué)案(含解析)_第1頁
2021年高考物理二輪復(fù)習(xí)專題09電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用教學(xué)案(含解析)_第2頁
2021年高考物理二輪復(fù)習(xí)專題09電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用教學(xué)案(含解析)_第3頁
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文檔簡介

1、專題09電磁感應(yīng)及綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)是電磁學(xué)中最為重要的內(nèi)容,也是高考命題頻率最高的內(nèi)容之一。題型多為選 擇題、計算題。主要考查電磁感應(yīng)、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、自感等知識。本局部 知識多結(jié)合電學(xué)、力學(xué)局部出壓軸題,其命題形式主要是電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用、 電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與能量守恒的綜合應(yīng)用。復(fù)習(xí)中要熟練掌握感應(yīng) 電流的產(chǎn)生條件、感應(yīng)電流方向的判斷、感應(yīng)電動勢的計算,還要掌握本局部內(nèi)容與力學(xué)、 能量的綜合問題的分析求解方法。預(yù)測2021年的高考根底試題重點考查法拉第電磁感應(yīng)定律及楞次定律和電路等效問題綜合試題還是涉及到力和運動、動量守恒、能量守恒、電路分 析、

2、安培力等力學(xué)和電學(xué)知識主要的類型有滑軌類問題、線圈穿越有界磁場的問題、電磁 感應(yīng)圖象的問題等此除日光燈原理、磁懸浮原理、電磁阻尼、超導(dǎo)技術(shù)這些在實際中有廣 泛的應(yīng)用問題也要引起重視。重點知識梳理一、法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是感應(yīng)電動勢的大小與穿過回路的磁通量的變化率成正比.在具體問題的分析中,針對不同形式的電磁感應(yīng)過程,法拉第電磁感應(yīng)定律也相應(yīng)有不 同的表達(dá)式或計算式.磁通量變化的形式表達(dá)式備注通過n匝線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化E n t.、 B當(dāng)S不變時,E nSt S(2)當(dāng)B不變時,E nB- t導(dǎo)體垂直切割磁感線運動E BLv當(dāng) v/ B 時,E 0導(dǎo)體繞過一端且垂直于磁

3、場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動E知3線圈繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動E= nBSw sin cot當(dāng)線圈平行于磁感線時,E最大為E=nBSw,當(dāng)線圈平行于中性面時,E= 0二、楞次定律與左手定那么、右手定那么1 左手定那么與右手定那么的區(qū)別:判斷感應(yīng)電流用右手定那么,判斷受力用左手定那么.2 .應(yīng)用楞次定律的關(guān)鍵是區(qū)分兩個磁場:弓I起感應(yīng)電流的磁場和感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化,“阻礙的結(jié)果是延緩了磁通量的變化,同時伴隨著能量的轉(zhuǎn)化.3 .楞次定律中“阻礙的表現(xiàn)形式:阻礙磁通量的變化增反減同,阻礙相對運動來拒去留,阻礙線圈面積變化增縮減擴(kuò),阻礙本身電流

4、的變化自感現(xiàn)象.三、電磁感應(yīng)與電路的綜合電磁感應(yīng)與電路的綜合是高考的一個熱點內(nèi)容,兩者的核心內(nèi)容與聯(lián)系主線如圖4 121所示:1. 產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的電路通常是一個閉合電路,產(chǎn)生電動勢的那一局部電路相當(dāng)于電 源,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就是電源的電動勢,在“電源內(nèi)部電流的流向是從“電源的負(fù)極R流向正極,該局部電路兩端的電壓即路端電壓,UER+ r2. 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,電路產(chǎn)生的電功率等于內(nèi)外電路消耗的功率之和.假設(shè)為純電阻電 路,那么產(chǎn)生的電能將全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;假設(shè)為非純電阻電路,那么產(chǎn)生的電能除了一局部轉(zhuǎn)化為 內(nèi)能,還有一局部能量轉(zhuǎn)化為其他能,但整個過程能量守恒.能量轉(zhuǎn)化與守恒往往是電磁感 應(yīng)與電

5、路問題的命題主線,抓住這條主線也就是抓住了解題的關(guān)鍵在閉合電路的局部導(dǎo)體 切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的問題中,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于電路 中產(chǎn)生的電能.說明:求解局部導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢時,要區(qū)別平均電動勢和瞬時電動勢, 切割磁感線的等效長度等于導(dǎo)線兩端點的連線在運動方向上的投影.高頻考點突破考點一對楞次定律和電磁感應(yīng)圖像問題的考查例1、如圖1所示,直角坐標(biāo)系 xOy的二、四象限有垂直坐標(biāo)系向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為 B,在第三象限有垂直坐標(biāo)系向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B.現(xiàn)將半徑為L、圓心角為90°的扇形閉合導(dǎo)線框 OPQ外力作用下以恒定

6、角速度繞O點在紙面內(nèi)沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動.t =0時刻線框在圖示位置,設(shè)電流逆時針方向為正方向那么以下關(guān)于導(dǎo) 線框中的電流隨時間變化的圖線,正確的選項是圖1解析 根據(jù)楞次定律,線框從第一象限進(jìn)入第二象限時,電廣方問罡正方向設(shè)導(dǎo)絡(luò)框的電阻為凡角 速度為如那么電茨尢小為欝,從第二象限逬入第三象限時,電浚方問星員方向,電濱大小為警,從第 三象限ig入第四象眼呵#電澆方同是正萬問,電潢大小圧曙:線框從幫四象限進(jìn)入第一累險時,電流方 向是員方問,電廣大小為B選頂正確.答案 B【變式探究】如圖 2所示,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過 了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來假設(shè)要縮短上述加熱時間,

7、以下措施可行的有圖2A. 增加線圈的匝數(shù)B. 提高交流電源的頻率C. 將金屬杯換為瓷杯D. 取走線圈中的鐵芯答案 ABr解析當(dāng)電瞬關(guān)交流電痢寸,金屬杯蛙在變化的晞場中產(chǎn)生渦電流發(fā)熱,使水溫升髙.要縮龜加 熱時間,需增犬渦電瀛即増大感應(yīng)電動勢或減卜電阻.增加線圈匝數(shù)*提高交竇電流的頻率®31為了増 大!®應(yīng)電動勢,瓷1杯能產(chǎn)生渦電流,取走¥斌會導(dǎo)致磁性鳳弱.所以選項樂B正確,選項G D錯誤.【方法技巧】1.楞次定律的理解和應(yīng)用1“阻礙的效果表現(xiàn)為:阻礙原磁通量的變化一一增反減同;阻礙物體間的相對 運動一一來拒去留;阻礙自身電流的變化一一自感現(xiàn)象.2解題步驟:確定原磁

8、場的方向分析合磁場;確定原磁通量的變化增加或減少;確定感應(yīng)電流磁場的方向增反減同;確定感應(yīng)電流方向安培定那么.2 .求解圖像問題的思路與方法1圖像選擇問題:求解物理圖像的選擇題可用“排除法,即排除與題目要求相違背的圖像,留下正確圖像.也可用“對照法,即按照要 求畫出正確的草圖,再與選項對照.解決此類問題的關(guān)鍵是把握圖像特點,分析相關(guān)物理量 的函數(shù)關(guān)系,分析物理過程的變化或物理狀態(tài)的變化.2圖像分析問題:定性分析物理圖像,要明確圖像中的橫軸與縱軸所代表的物理量,弄清圖像的物理意義,借助有關(guān)的物理概念、公式、不變量和定律作出相應(yīng)判斷.在有關(guān)物理 圖像的定量計算時,要弄清圖像所揭示的物理規(guī)律及物理量

9、間的函數(shù)關(guān)系,善于挖掘圖像中 的隱含條件,明確有關(guān)圖像所包圍的面積、斜率,以及圖像的橫軸、縱軸的截距所表示的物 理意義.考點二 對電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的考查例2、如圖3所示,間距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN PQ與水平面夾角為30°,導(dǎo)軌的電阻不計,導(dǎo)軌的 N Q端連接一阻值為 R的電阻,導(dǎo)軌上有一根質(zhì)量一定、電 阻為r的導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置,導(dǎo)體棒上方距離 L以上的范圍存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B方向與導(dǎo)軌平面垂直向下的勻強(qiáng)磁場.現(xiàn)在施加一個平行斜面向上且與棒ab重力相等的恒力,使導(dǎo)體棒ab從靜止開始沿導(dǎo)軌向上運動,當(dāng)ab進(jìn)入磁場后,發(fā)現(xiàn) ab開始勻速運動,求:圖3(1)

10、導(dǎo)體棒的質(zhì)量;(2) 假設(shè)進(jìn)入磁場瞬間,拉力減小為原來的一半,求導(dǎo)體棒能繼續(xù)向上運動的最大位移.解析(1)導(dǎo)體棒從靜止開始在磁場外勻加速運動,距離為L,其加速度為F m®in 30 ° = maF= mgF 安=BIL=BVvR+ r棒進(jìn)入磁場時的速度為 v =寸2aL= gL由棒在磁場中勻速運動可知1F安=2mg2B2l2 l R+ r g(習(xí)假設(shè)iSAfiii場禰間使拉力減半,那么卩二夕昭 那么導(dǎo)體棒所受臺力為F*-BJL-労和。二等代入上式設(shè)導(dǎo)體棒繼續(xù)向上運動的位移為x,那么有B1 2L2xR+ rmv將代入得x= 2L2B2L2 fL答案R+rg2L【變式探究】如圖

11、 4甲所示,MN PQ是相距d= 1.0 m足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌 平面與水平面間的夾角為0,導(dǎo)軌電阻不計,整個導(dǎo)軌處在方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場中,金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌 MN PQ放置,且始終與導(dǎo)軌接觸良好,金屬棒ab的質(zhì)量mF 0.1 kg,其接入電路的電阻 r = 1 Q,小燈泡電阻 FL = 9 Q,重力加速度 g取10 m/s 2.現(xiàn) 斷開開關(guān)S,將棒ab由靜止釋放并開始計時,t = 0.5 s時刻閉合開關(guān)S,圖乙為ab的速度隨時間變化的圖像.求:答案(1)6 m/s35(2)1 T解析(1)5斷開時ab做勻加速直線運動宙圖乙可知壬歸=爲(wèi)碗根擁牛頓第二定律有:»

12、;sgan6=ma3所以 SU1=J.帥二0乩時S閉合,血先做抑速度減小的加速運動,當(dāng)速度屈憬犬訕二后做勻速直線運動 根16平衡條件有血n 8-F水ER又片尸盹站昭口匸兀工7解得=1T【方法技巧】在此類問題中力現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象相互聯(lián)系、相互制約,解決問題前首先要建立“動一電一動的思維順序,可概括為:(1) 找準(zhǔn)主動運動者,用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求解感應(yīng)電動勢的大小和方向.(2) 根據(jù)等效電路圖,求解回路中的感應(yīng)電流的大小及方向.(3) 分析安培力對導(dǎo)體棒運動速度、加速度的影響,從而推出對電路中的感應(yīng)電流有什么 影響,最后定性分析導(dǎo)體棒的最終運動情況.(4) 列牛頓第二定律或平衡方程求解.

13、考點三 對電磁感應(yīng)中能量問題的考查例3、如圖5所示,平行金屬導(dǎo)軌與水平面間夾角均為37°,導(dǎo)軌間距為1 m,電阻不計,導(dǎo)軌足夠長兩根金屬棒 ab和以a' b'的質(zhì)量都是0.2 kg,電阻都是1 Q,與導(dǎo)軌垂直放 置且接觸良好,金屬棒和導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為0.25,兩個導(dǎo)軌平面處均存在著垂直軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出),磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的大小相同.讓 a' b'固定不動,將金屬 棒ab由靜止釋放,當(dāng)ab下滑速度到達(dá)穩(wěn)定時,整個回路消耗的電功率為8 W.求:2a = gsinBgcos B= 4 m/s .2 分2 ab棒到達(dá)最大速度時做勻速運動,

14、有msinB = BIL + 口 mgcos B, 2 分整個回路消耗的電功率P 電=BILvm= mgpin B 口 mgcos B Vm= 8 W, 2 分那么ab棒的最大速度為:vm= 10 m/s1分由P電=百2R=BLVn2R22分得:B= 0.4 T . 1 分根據(jù)能量守恒得:1 2h八mgh= Q+ 尹+ 口 mgcos B 2 分解得:Q= 30 J . 1 分由對稱性可紅 蘭血下落兀£1穩(wěn)定B寸其速度為譏 心也下落30叫 其速度也為譏 血和別都切 割磁感線產(chǎn)生電動勢,總電動勢尊于兩者之和.根據(jù)共點力平衝桀件,對皿棒覺力分析得 sgsiii 3BfL+/mtgos 6

15、2 分又呼爭分代入解得"=左血=1分由施量守恒11F劃!=號也皿+羋叭gCOS告薔十0*3分代入數(shù)據(jù)得Q' = 75 J . 1分答案 14 m/s 230 J 375 J【變式探究】在傾角為B足夠長的光滑斜面上,存在著兩個磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等的勻強(qiáng)磁場,磁場方向一個垂直斜面向上,另一個垂直斜面向下,寬度均為L,如圖6所示.一個質(zhì)量為m電阻為R邊長也為L的正方形線框在t = 0時刻以速度Vo進(jìn)入磁場,恰好做勻速直 線運動,假設(shè)經(jīng)過時間to,線框ab邊到達(dá)gg'與ff '中間位置時,線框又恰好做勻速運動, 那么以下說法正確的選項是圖6A. 當(dāng)ab邊剛越過ff &#

16、39;時,線框加速度的大小為gsinBB. to時刻線框勻速運動的速度為 V4315 2C. to時間內(nèi)線框中產(chǎn)生的焦耳熱為 qmgkin 0 + mvD. 離開磁場的過程中線框?qū)⒆鰟蛩僦本€運動答案 BC解析當(dāng)血邊供入鶴場時,巧=讐=中血當(dāng)必邊剛越過力時,線框的感應(yīng)電動勢和電溢均加 倍經(jīng)務(wù)經(jīng)-噸血*皿 加速度向上為埠掩錯誤扌厲時刻丿斗器叱噸鈕叭解得*=% B正確j 線框從逬入磁場到再次做勻速運動過民沿斜面向F運動距離再詛那么由功能關(guān)系得厲時間痕框中產(chǎn)生 的焦耳轉(zhuǎn)為©二遊嚴(yán)+扌頑-扌加二討步m殲駆騎疋正確;線框離開碗場時仍鹿運譏D錯i昊.【方法技巧】1.明確安培力做的功是電能和其他形式

17、的能之間相互轉(zhuǎn)化的“橋梁,用框圖表示如下: W安 >0能 W安<0 |其他形式的能2 .明確功能關(guān)系,確定有哪些形式的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化.如有摩擦力做功,必有內(nèi)能產(chǎn)生;有重力做功,重力勢能必然發(fā)生變化;安培力做負(fù)功,必然有其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能.3 .根據(jù)不同物理情景選擇動能定理、能量守恒定律或功能關(guān)系列方程求解問題.考點四 綜合應(yīng)用動力學(xué)觀點和能量觀點分析電磁感應(yīng)問題例4、如圖7甲所示,MN PQ是相距d= 1 m的足夠長平行光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面與水平面成某一夾角,導(dǎo)軌電阻不計;長也為1 m的金屬棒ab垂直于MN PQ放置在導(dǎo)軌上,且始終與導(dǎo)軌接觸良好,ab的質(zhì)量m= 0.1 kg

18、、電阻R= 1 Q; MN PQ的上端連接右側(cè)電路, 電路中R為一電阻箱;燈泡電阻FL= 3 Q,定值電阻 R = 7 Q,調(diào)節(jié)電阻箱使 6 Q,重力加速度g= 10 m/s2.現(xiàn)斷開開關(guān)S,在t = 0時刻由靜止釋放 ab,在t = 0.5 s時刻閉合S, 同時加上分布于整個導(dǎo)軌所在區(qū)域的勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向上;圖乙所示 為ab的速度隨時間變化圖像.圖7(1) 求斜面傾角 a及磁感應(yīng)強(qiáng)度 B的大小;(2) ab由靜止下滑x = 50 m(此前已到達(dá)最大速度)的過程中,求整個電路產(chǎn)生的電熱; 假設(shè)只改變電阻箱R2的值當(dāng)Ra為何值時,ab勻速下滑中Ra消耗的功率最大?消耗的 最大

19、功率為多少?一 v2解析1S斷開時,ab做勻加速直線運動,從圖乙得&= t = 6 m/s 1分由牛頓第二定律有 m§in a = ma 1分3所以有sin a =,即a = 37°, 1分5t = 0.5 s時,S閉合且加了磁場,分析可知,此后ab將先做加速度減小的加速運動,當(dāng)速度到達(dá)最大Vm= 6 m/s后接著做勻速運動.勻速運動時,由平衡條件知m®n a = F安,1分-BdVn 八又 F 安=BId I =1 分聯(lián)立以上四式有mgsin£d2Vma =2 分代入數(shù)據(jù)解得B=寸噸?2v jR= 1 T1分宙能量輕化關(guān)系有噸血血=芬曲+埶2分

20、 代入數(shù)據(jù)解律0=豳血顱一如誥=2池分 3改變電阻箱応的值后,血勻速下滑時有 mgsin分所以匸分通過尼的電流為Z?二疋*01分局的功率為卩=釀0分聯(lián)立法上三式可得t RL.,當(dāng)R2=阿即R2= RL= 3 Q,功率最大,(1分)所以 Fm= 0.27 W . (2 分)答案 (1)37 °1 T (2)28.2 J (3)3 Q 0.27 WMPN電阻忽略不計),MP【變式探究】如圖8甲所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.5 T,其方向垂直于傾角 0為30°的斜面向上絕緣斜面上固定有“人形狀的光滑金屬導(dǎo)軌和NP長度均為2.5 m , MN連線水平,標(biāo)系Ox 根粗細(xì)均勻的金屬

21、桿 CD長為 3 m.以Mh中點O為原點、OF為x軸建立一維坐長度d為3 m、質(zhì)量m為1 kg、電阻R為0.3 Q,在拉圖8力F的作用下,從 MN處以恒定速度2好).g 取 10 m/s .v= 1 m/s在導(dǎo)軌上沿x軸正向運動(金屬桿與導(dǎo)軌接觸良(1)求金屬桿CD運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E及運動到x = 0.8 m處電勢差Ucd;推導(dǎo)金屬桿CD從 MN處運動到P點過程中拉力F與位置坐標(biāo)x的關(guān)系式,并在圖乙中畫出F x關(guān)系圖像;(3) 求金屬桿CD從 MN處運動到P點的全過程產(chǎn)生的焦耳熱.答案 (1)1.5 V 0.6 V(2) F= 12.5 3.75 x(0 < x< 2)見

22、解析圖(3) 7.5 J解析1)金厲桿仞在勻速運動中產(chǎn)生的愍應(yīng)電動勢電勢高當(dāng)t=0.8 m時,金JI桿在導(dǎo)thi司的電勢差為零.謖此時桿在導(dǎo)軌 外的喪度為那么!尸0P= 皿-竽人=2 m得 I 1,2m由楞次定律尹斷D點電勢高故G。兩端電勢差C/ba5/ hv 一 Qb V(2)桿在導(dǎo)軌間的長度I與位置x的關(guān)系是O巴xOP對應(yīng)的電阻R = dR電流Blv桿受的安培力為F安=BIl = 7.5 3.75 x根據(jù)平衡條件得 F= F安+ mg>i n 9F= 1 2.5 3.75 x(0 < x< 2)畫出的F x圖像如下圖.F x圖線下所圍的面積.即 W= 5 + 12.5 X

23、 2 J =217.5 J而桿的重力勢能增加量巳=mgOPn 9故全過程產(chǎn)生的焦耳熱Q= VWA &= 7.5 J .【2021 上海24】1如下圖,一無限長通電直導(dǎo)線固定在光滑水平面上,金屬環(huán)質(zhì)量為0.02kg,在該平面上以V0 2m/s、與導(dǎo)線成60。角的初速度運動,其最終的運動狀態(tài)是,環(huán)中最多能產(chǎn)生 J 的電能。It1 .【答案】勻速直線運動;0.03【解祈】金屬環(huán)最會沿與通電直導(dǎo)線平行的直練 做勻速直線運動,最終速度XV。W由能量守恒定律,得環(huán)中最多能產(chǎn)生電能E=AE=0.03J【2021 浙江 16】2 如下圖為靜電力演示儀,兩金屬極板分別固定于絕緣支架上,且正對平行放置。工

24、作時兩板分別接高壓直流電源的正負(fù)極,外表鍍鋁的乒乓球用絕緣細(xì)線懸掛在金屬極板中間,那么A. 乒乓球的左側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷B. 乒乓球受到擾動后,會被吸在左極板上C. 乒乓球共受到電場力,重力和庫侖力三個力的作用D. 用絕緣棒將乒乓球撥到與右極板接觸,放開后乒乓球會在兩極板間來回碰撞2 .【答案】D【解析】從圖中可知金屬板右側(cè)連接電源正艇所臥電場水平向左故乒乓球上的電子移動到右側(cè) 即乒乓球的右側(cè)感應(yīng)出員電荷,尹乓球右側(cè)帶員電,受的電場力同右,乒乓球左側(cè)帶正電,旻 到的電場力向左,因為左右兩側(cè)感應(yīng)岀的電荷量相等,所以曼到的電場力相等,乒乓球第U擾動后,最終 仍會靜止,不會吸附®左極板上,B錯

25、誤?乒乓球受到重力和電場力作用,庫侖力目功電場力,c錯誤;用 纏絳棒將乒乓瑚戔到與右擾板接融,乒乓球帶正電在電場力作埔下,與左極梔接觸,熱后乒乓球帶員電 又在電場力件用下運動到右極板,與右極板接觸后乒乓球帯正電在電場力作用T,運動左極阮如 此重復(fù) > 即乒乓球會在兩極板間耒回碰撞 D正確&【2021 海南 2】3.如下圖,空間有一勻強(qiáng)磁場,一直金屬棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,當(dāng)它以速度 v沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度都垂直的方向運動時,棒兩端的感應(yīng)電動勢大小& ,將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折彎,置于磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直的平面內(nèi),當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運動時,棒兩端的

26、感應(yīng)電動勢大小為,那么一等于X XXXX XXX小或。XX XXXXXXA. 1/2 B . 2 C. 123.【答案】B2,故產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為B" B¥LV今,所以_22B正確?!?021 上海20】5如圖,光滑平行金屬導(dǎo)軌固定在水平面上,左端由導(dǎo)線相連,導(dǎo)體棒垂直靜置于導(dǎo)軌上構(gòu)成回路。在外力F作用下,回路上方的條形磁鐵豎直向上做勻速運動。在勻速運動過程中外力F做功Wf ,磁場力對導(dǎo)體棒做功 Wi,磁鐵克服磁場力做功 W2 ,重力對磁鐵做功 Wg,回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q導(dǎo)體棒獲得的動能為 Ek。那么A. WiQ B W2 W Q C W Ek D Wf WgEk Q5

27、【答案】BCD【解析】由能量守恒定律可輸鐵鐵克服礒場力做功吧,等于回路的電能"電自甘肖井轉(zhuǎn)化為內(nèi)能" 畀一部井輕化導(dǎo)體楝的機(jī)械箒所以W-昭故A錯昆B正確;以導(dǎo)體樺為對象,由動能定理可 知,磁場力對導(dǎo)體棒做功W氓 故C正確?外力對磁鐵詼功垢重力對昭鐵fS?功之和為回踣中的電能, 也尊于焦耳勢和Wftft的內(nèi)能,故D正確.【2021 重慶 4】6題4圖為無線充電技術(shù)中使用的受電線圈示意圖,線圈匝數(shù)為,面積為S.假設(shè)在到t2時間內(nèi),勻強(qiáng)磁場平行于線圈軸線向右穿過線圈,其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小由 Bi均勻增加到B2,那么該段時間線圈兩端 a和b之間的電勢差 a bC.恒為nS (B2 Bi

28、)t2 tl6. 【答案】CB.從0均勻變化到nS(B2 B1)t2 tiD從0均勻變化到 nS(B2 Bl)t2 ti【解析】穿過線圈的磁場均勻增加,將產(chǎn)生大小恒定的感生電動勢,由法拉第電磁感應(yīng)E n nS(B2 Bi)定律得tt2 ti,而等效電源內(nèi)部的電流由楞次定理知從a b,即b點是a b等效電源的正極,即nS(B2 Bi)t2 ti,應(yīng)選 Co【20i5 全國新課標(biāo)ni5】7.如圖,直角三角形金屬框abc放置在勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向平行于ab邊向上。當(dāng)金屬框繞 ab邊以角速度®逆時針轉(zhuǎn)動時,a、b、 c三點的電勢分別為 U、U、UC。bc邊的長度為I。以下判斷

29、正確的選項是03a. ua> u,金屬框中無電流B. U> >U,金屬框中電流方向沿a-Ac-aC. Uc=-i/2BI23,金屬框中無電流D. U>c=1/2BI2w,金屬框中電流方向沿a- c-b - a7. 【答案】C【解析】當(dāng)金屬框繞ab邊臥角速度逆時諾專動時,穿過直角三角形金屬框血的磁誦量恒為0,所% =丄助以沒有感應(yīng)電流由右手定那么可知暫點電勢高,2、故C正臥A> E、D錯誤它【2021 全國新課標(biāo)119】& 1824年,法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗。實驗中將一銅圓盤水平放置,在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針,如圖所

30、示。實驗中發(fā)現(xiàn),當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時,磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來,但略有滯后。以下說法正確的選項是A. 圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢B. 圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動C. 在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中,磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D. 圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流,此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動PQ始終與ab垂直,且與線框)8. 【答案】AB【解析】圓盤運幼過程中,半徑方向的金屬條在切劃礒感練 在圓心和邊緣之間產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢a 選項A汕 圓盤在徑向的輻條切磁感線過程中內(nèi)剖距離圓心遠(yuǎn)近不同的點電勢不等而邢成渦流產(chǎn)生, 選項B對。81盤轉(zhuǎn)動過程中1盤位置,團(tuán)盤面

31、積和盛場都沒有發(fā)生變出所以沒呦通蚩的變化,選項 C錯。圓盤本身呈現(xiàn)電中性不會產(chǎn)生環(huán)形電流選項D錯?!?021 福建 18】9如圖,由某種粗細(xì)均勻的總電阻為3R的金屬條制成的矩形線框abed,固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場B中。一接入電路電阻為 R的導(dǎo)體棒PQ在水平拉力作用下沿 ab、de以速度v勻速滑動,滑動過程接觸良好,不計摩擦。在PC從靠近ad處向be滑動的過程中(A. PQ中電流先增大后減小B. PQ兩端電壓先減小后增大C. PQ上拉力的功率先減小后增大D. 線框消耗的電功率先減小后增大9. 【答案】C【解析】設(shè)PQ左側(cè)電路的電阻為 Rx,那么右側(cè)電路的電阻為 3R-Rx,所

32、以外電路的總電阻 為Rx 3R RxIPQ中的電流:3R,外電路電阻先增大后減小,所以路端電壓先增大后減小,所以誤;電路的總電阻先增大后減小,再根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得先較小后增大,故 A錯誤;由于導(dǎo)體棒做勻速運動,拉力等于安培力,即F=BIL,拉力的功率Rx 3R RxR P=BILv,先減小后增大,所以C正確;外電路的總電阻3R 最大為3R/4,小于電源內(nèi)阻R,又外電阻先增大后減小,所以外電路消耗的功率先增大后減小,故D錯誤。【2021 北京 20】10.利用所學(xué)物理知識,可以初步了解常用的公交一卡通 IC卡 的工作原理及相關(guān)問題。IC卡內(nèi)部有一個由電感線圈L和電容C構(gòu)成的LC的振蕩電路

33、。公交卡上的讀卡機(jī)刷卡時“嘀的響一聲的機(jī)器向外發(fā)射某一特定頻率的電磁波。刷卡時, IC卡內(nèi)的線圈L中產(chǎn)生感應(yīng)電流,給電容 C充電,到達(dá)一定的電壓后,驅(qū)動卡內(nèi)芯片進(jìn)行數(shù) 據(jù)處理和傳輸。以下說法正確的選項是A. IC卡工作場所所需要的能量來源于卡內(nèi)的電池B. 僅當(dāng)讀卡器發(fā)射該特定頻率的電磁波時,IC卡才能有效工作C. 假設(shè)讀卡機(jī)發(fā)射的電磁波偏離該特定頻率,在線圈 L中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流D. IC卡只能接收讀卡器發(fā)射的電磁波,而不能向讀卡機(jī)傳輸自身的數(shù)據(jù)信息10. 【答案】B【解析】IC卡中有一個LC線圈和電容當(dāng)讀卡機(jī)發(fā)出的申悔液襁1£電踣接收到,使得IC卡匯總的電路充電,所以IC卡的能量來

34、源于讀卡機(jī)發(fā)射的電晞減選項A錯誤* B-LC振蕩電路接收與其固有頻率相同的電磁波2兀亦,讀卡機(jī)發(fā)出的電盛波頻率5之匹配才誚團(tuán)最優(yōu)的充電效果,使電容電壓到達(dá)預(yù)定值才能進(jìn)行數(shù)1811專輸選項B正確。U如果是亙它頻率的電戡波,根拐法拉第電雄感應(yīng)定律, 穿過線圈的璐誼量發(fā)生了變抓依然會有感應(yīng)電流選項c錯誤。a據(jù)題意電容到達(dá)一定電壓之后,驅(qū)動 卡芯片進(jìn)行數(shù)協(xié)傳輸,選項D錯誤應(yīng)選Bo【2021 安徽 19】11 如下圖,abed為水平放置的平行“匚形光滑金屬導(dǎo)軌,間距為I。導(dǎo)軌間有垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌電阻不計。金向滑動金屬桿滑動過程中與導(dǎo)軌接觸良好。那么B.電路中感應(yīng)電流的大

35、小為屬桿MN頃斜放置,與導(dǎo)軌成角,單位長度的電阻為r,保持金屬桿以速度v沿平行于ed的方Bvsin r2 .C. 金屬桿所受安培力的大小為空rD. 金屬桿的熱功率為r sin11. 【答案】B【解折】導(dǎo)依棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢耳=嘰故A錯誤;感應(yīng)電涼的大小,故忖用的安培力/噲r學(xué)故c服鈿桿的熱功率Ir = siuGr變?yōu)閳A形。那么磁場A逐漸增強(qiáng),方向向外B逐漸增強(qiáng),方向向里C逐漸減弱,方向向外D逐漸減弱,方向向里【答案】CD【解析】此題考查了楞次定律,感應(yīng)電流的磁場方向總是阻礙引起閉合回路中磁通量的 變化,表達(dá)在面積上是“增縮減擴(kuò),而回路變?yōu)閳A形,面積是增加了,說明磁場是在逐漸 減弱因不知

36、回路中電流方向,故無法判定磁場方向,故CD都有可能。2. 【2021 新課標(biāo)全國卷I】在法拉第時代,以下驗證“由磁產(chǎn)生電設(shè)想的實驗中,能觀察到感應(yīng)電流的是A. 將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路,然后觀察電流表的變化B. 在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈,然后觀察電流表的變化C. 將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接,往線圈中插入條形磁鐵后,再到相鄰房間去觀察電流表的變化D. 繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈,分別接電源和電流表,在給線圈通電或斷電的瞬間,觀察電流表的變化【答案】D【解析】產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是:只要穿過閉合電踣的磁通量發(fā)生變化,電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流本 題中的A,

37、B選項都不會使電路中的磁通量發(fā)生變匕不滿足產(chǎn)土感應(yīng)電流的條件故不正確 C選項雖然 在插入條冊磁錢疇間電路中的磁通量翁生變化,但星當(dāng)人到相鄰房間時,電路已到達(dá)檢亢狀態(tài),電路中的 就通量不再發(fā)生變化,故觀察不到感應(yīng)電濟(jì).在給線圈通電、斷電間,會引起閉合電踣盤通量的變化. 產(chǎn)生感應(yīng)電流-因此D選項正確.3. 【2021 新課標(biāo)全國卷I】如圖 所示,線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上.在 ab線圈中通以變化的電流,用示波器測得線圈cd間電壓如圖b所示.線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比,那么以下描述線圈ab中電流隨時間變化關(guān)系的圖中, 可能正確的選項是【解析】 此題考查了電磁感應(yīng)的圖像.根據(jù)法拉第電磁感

38、應(yīng)定律,ab線圈電流的變化率與線圈cd上的波形圖一致,線圈cd上的波形圖是方波,ab線圈電流只能是線性變化的,所以C正確.4. 【2021 江蘇卷】如下圖,一正方形線圈的匝數(shù)為n邊長為a,線圈平面與勻強(qiáng)磁場垂直,且一半處在磁場中.在 t時間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向不變,大小由B均勻地增大到2B在此過程中,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為A.Ba2nB.2 2nBanBa2T7 C. TT D.22nBa t【答案】B【解析】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律知云=等二諾毛2逑里的時旨的是線圈在磁場中的有效面島即故遲因此B項正確.5. 【2021 山東卷】如下圖,一端接有定值電阻的平行金屬軌道固定在水平面內(nèi),通 有恒定

39、電流的長直絕緣導(dǎo)線垂直并緊靠軌道固定,導(dǎo)體棒與軌道垂直且接觸良好,在向右勻速通過M N兩區(qū)的過程中,導(dǎo)體棒所受安培力分別用Fm Fn表示不計軌道電阻以下表達(dá)A. Fm向右 B . Fn向左C. Fm逐漸增大D . Fn逐漸減小【答案】BCD【解析】 根據(jù)安培定那么可判斷出,通電導(dǎo)線在M區(qū)產(chǎn)生豎直向上的磁場,在 N區(qū)產(chǎn)生豎直向下的磁場.當(dāng)導(dǎo)體棒勻速通過M區(qū)時,由楞次定律可知導(dǎo)體棒受到的安培力向左.當(dāng)導(dǎo)體棒勻速通過 N區(qū)時,由楞次定律可知導(dǎo)體棒受到的安培力也向左.選項B正確.設(shè)導(dǎo)體棒的電阻為r,軌道的寬度為L,導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電流為I',那么導(dǎo)體棒受到的安培力F安=BI'BLvB2

40、L2vL= BL=R+ rR+ r,在導(dǎo)體棒從左到右勻速通過M區(qū)時,磁場由弱到強(qiáng),所以 Fm逐漸增大;在導(dǎo)體棒從左到右勻速通過N區(qū)時,磁場由強(qiáng)到弱,所以Fn逐漸減小.選項 CD正確.6. 【2021 四川卷】如下圖,不計電阻的光滑U形金屬框水平放置,光滑、豎直玻璃擋板H P固定在框上,H P的間距很小.質(zhì)量為 0.2 kg的細(xì)金屬桿CD恰好無擠壓地放在兩擋板之間,與金屬框接觸良好并圍成邊長為1 m的正方形,其有效電阻為 0.1 Q .此時在整個空間加方向與水平面成30°角且與金屬桿垂直的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化規(guī)律是B= (0.4 0.2 t) T,圖示磁場方向為正方向.框、擋

41、板和桿不計形變.那么()A. t = 1 s時,金屬桿中感應(yīng)電流方向從C到DB. t = 3 s時,金屬桿中感應(yīng)電流方向從D到CC. t = 1 s時,金屬桿對擋板 P的壓力大小為0.1 ND. t = 3 s時,金屬桿對擋板 H的壓力大小為0.2 N【答案】AC【解析】ffiT£=0.4-0_2flT,在時穿過平面的船通量冋下并浪少側(cè)拒鋸楞次定律可以判斷, 金屬桿中惑應(yīng)電凌方向從G到6 A正喙在孑總時穿過平面的趣量向上井憎扣那么根抿楞;疑律可 以判血金屬桿中感應(yīng)電流方向仍然是從Oil 6 B錯誤.由注歸電苗感應(yīng)罡律御*筈=塔曲 卅=0A V,曲可合電踣的既腎定律得電踣電浣Q魯=1入

42、 在尸1岸寸,£=Q2 T,方冋鼾阿匚 電流方問從C到0金膚懺對苦極P的壓力水平向右,大小為齊二血曲奶=0.1 N, CM.同理,在匸仇時金屬桿對甘扳円的壓力水平冋左,大小為妙=0.1 N? D錯誤.7. 【2021 安徽卷】 英國物理學(xué)家麥克斯韋認(rèn)為,磁場變化時會在空間激發(fā)感生電場.如圖所示,一個半徑為r的絕緣細(xì)圓環(huán)水平放置,環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場B,環(huán)上套一帶電荷量為+ q的小球.磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨時間均勻增加,其變化率為 k,假設(shè)小球在環(huán)上運動 一周,那么感生電場對小球的作用力所做功的大小是 1 2 2 2A. 0 B.2qkC. 2n r qk D . n r qk【答案】

43、D【解析】 此題考查電磁感應(yīng)、動能定理等知識點,考查對“變化的磁場產(chǎn)生電場的理 B解能力與推理能力.由法拉第電磁感應(yīng)定律可知, 沿圓環(huán)一周的感生電動勢 E感= "Z7 S=k n r2,電荷環(huán)繞一周,受環(huán)形電場的加速作用,應(yīng)用動能定理可得W= qE感=冗r2qk.選項D正確。8. 【2021 全國卷】很多相同的絕緣銅圓環(huán)沿豎直方向疊放,形成一很長的豎直圓筒.條形磁鐵沿圓筒的中心軸豎直放置,其下端與圓筒上端開口平齊讓條形磁鐵從靜止開始下落.條形磁鐵在圓筒中的運動速率A.均勻增大B. 先增大,后減小C. 逐漸增大,趨于不變D. 先增大,再減小,最后不變【答案】C【解析】此題考查楞次定律、

44、法拉第電磁感應(yīng)定律.豎直圓筒相半于閉合電路,昭鐵穿過閉合電路, 產(chǎn)生感應(yīng)電流,根18楞坎定律,磁鐵受到向上的阻礙磁鐵運動的安培力,幵始時磁鐵的速度小產(chǎn)生的感 應(yīng)電冼也小,安塔力也小,血錢抽速運動,隨著潼度的增大,產(chǎn)生的感底電澆增犬安te力也增犬,直到 安培力等于重力疔寸候、磁鐵勻速運動所以c正確*9. 【2021 廣東卷】 如圖8所示,上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置,小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放,并落至底部,那么小磁塊A. 在P和Q中都做自由落體運動B. 在兩個下落過程中的機(jī)械能都守恒C. 在P中的下落時間比在 Q中的長D. 落至底部時在 P中的速度比在 Q中的大【答

45、案】C【解析】 磁塊在銅管中運動時,銅管中產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律,磁塊會受到向上的磁場力,因此磁塊下落的加速度小于重力加速度,且機(jī)械能不守恒,選項A、B錯誤;磁塊在塑料管中運動時,只受重力的作用,做自由落體運動,機(jī)械能守恒,磁塊落至底部時,根 據(jù)直線運動規(guī)律和功能關(guān)系,磁塊在P中的下落時間比在 Q中的長,落至底部時在 P中的速度比在Q中的小,選項 C正確,選項D錯誤.10. 【2021 江蘇卷】 如下圖,在線圈上端放置一盛有冷水的金屬杯,現(xiàn)接通交流電源,過了幾分鐘,杯內(nèi)的水沸騰起來.假設(shè)要縮短上述加熱時間,以下措施可行的有A.增加線圈的匝數(shù) B 提高交流電源的頻率C.將金屬杯換為瓷杯 D

46、取走線圈中的鐵芯【答案】AB【解析】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)罡律E二知,増加線圈的匝數(shù)心提高交澆電源的頻率即縮患交流 電源的周期相當(dāng)于減小厶這兩種方法部能便感應(yīng)電動勢増大應(yīng)選項A、E正確.將金屬杯換初瓷杯,那么 沒有閉合電踣,也就沒有感應(yīng)電流;取走線圈中的鐵芯,那么使線圈中的磁場大大減弱,貝I風(fēng)3通量的變化率 減小.感應(yīng)電動勢減丿卜應(yīng)選頂G D錯誤*11. 【2021 新課標(biāo)n卷】半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),一長為r、質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒 AB置于圓導(dǎo)軌上面,BA的延長線通過圓導(dǎo)軌 中心0,裝置的俯視圖如下圖整個裝置位于一勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向豎直

47、向下.在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點和外圓導(dǎo)軌的 D點之間接有一阻值為 R的電阻圖中未畫出.直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度3繞O逆時針勻速轉(zhuǎn)動,在轉(zhuǎn)動過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸.設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為口,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略.重力加速度大小g.求1通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大小:外力的功率.2【答案】1從C端流向D端3 :Br2 R39® 2BV 2 口 mg® r + 4R【解析】1在厶t時間內(nèi),導(dǎo)體棒掃過的面積為1 2 2 S= 23 t(2r) r 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動勢的大小為根據(jù)右手定那么,感應(yīng)電流的方向是從B端流向A端.因此,通過電阻

48、 R的感應(yīng)電流的方向是從C端流向D端.由歐姆定律可知,通過電阻R的感應(yīng)電流的大小I滿足聯(lián)立式得3® Br22R2在豎直方向有mg- 2N= 0式中由于質(zhì)量分布均勺 加外圓導(dǎo)軌對導(dǎo)體棒的正壓力大小相等,其鮎M兩黝對運行的導(dǎo)依 棒的滑動摩撫力均為在時間內(nèi)導(dǎo)體権在內(nèi)、外圓軌上掃過的弧長為 iL=?wAi©和12= 2r co A t 克服摩擦力做的總功為Wf= f I 1+ 12在A t時間內(nèi),消耗在電阻R上的功為WR= I2RA t 根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律知,外力在At時間內(nèi)做的功為W= W+ WR?外力的功率為P=由至12式得12.【2021 安徽卷】3P= 2 口 mg&#

49、174; r +9 o 2bV4R16分如圖1所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.5 T,其方向垂直于傾角e為30°的斜面向上絕緣斜面上固定有“ A形狀的光滑金屬導(dǎo)軌的MPN電阻忽略不計,MP和NP長度均為2.5 m , MN連線水平,長為 3 m.以MN中點O為原點、OF為x軸建立一維坐標(biāo)系 Ox 根粗細(xì)均勻的金屬桿 CD長度d為3 m,質(zhì)量m為1 kg、電阻R為 0.3 Q,在拉力F的作用下,從 MN處以恒定速度v= 1 m/s在導(dǎo)軌上沿x軸正向運動金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好.g取10 m/s圖1(1) 求金屬桿CD運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E及運動到x = 0.8 m處電勢差UCd;(

50、2) 推導(dǎo)金屬桿CD從 MN處運動到P點過程中拉力F與位置坐標(biāo)x的關(guān)系式,并在圖2中 畫出Fx關(guān)系圖像;(3) 求金屬桿CD從 MN處運動到P點的全過程產(chǎn)生的焦耳熱.【答案】(1) 0.6 V (2)略(3)7.5 J【解析】金屬桿3在勻速運動中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E二幀二心£=LSV(£»點電勢高】當(dāng)Q0主m時,金屬桿在導(dǎo)軌間的電勢差為秦 設(shè)此時桿在導(dǎo)軌外的長曲 5 那么由楞坎走律判斷D點電勢高,故CD兩端電勢差口価二ttn= 06V(2)桿在導(dǎo)軌間的長度I與位置x關(guān)系是OP- x31 = OP d= 3 2xIBlv對應(yīng)的電阻R為R=:R,電流I =三-dR桿受的

51、安培力 F安=BIl = 7.5 3.75 x根據(jù)平衡條件得 F= F安+ mgsi n 9F= 12.5 3.75 x(0 w x< 2)畫出的Fx圖像如下圖.外力尸所做的功既尊于咼圖線下所圍的面積,即略二5 + 12.52X2J=17-5 J而桿的重力勢能増加量二單£鈕&故全過程產(chǎn)生的焦耳熱Q=Wf-AE7 SJ13. 【2021 北京卷】(20分)導(dǎo)體切割磁感線的運動可以從宏觀和微觀兩個角度來認(rèn)識如下圖,固定于水平面的U形導(dǎo)線框處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中,金屬直導(dǎo)線MN在與其垂直的水平恒力 F作用下,在導(dǎo)線框上以速度v做勻速運動,速度 v與恒力F方向相同;導(dǎo)線MN臺

52、終與導(dǎo)線框形成閉合電路.導(dǎo)線MN電阻為R,其長度L恰好等于平行軌道間距,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B.忽略摩擦阻力和導(dǎo)線框的電阻.K KX 財 XX X X耳 KX K X(1) 通過公式推導(dǎo)驗證:在 t時間內(nèi),F(xiàn)對導(dǎo)線MN所做的功 W等于電路獲得的電能 Wfe, 也等于導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的熱量Q;(2) 假設(shè)導(dǎo)線MN的質(zhì)量m 8.0 g、長度L= 0.10 m,感應(yīng)電流I = 1.0 A,假設(shè)一個原子貢獻(xiàn)一個自由電子,計算導(dǎo)線 MN中電子沿導(dǎo)線長度方向定向移動的平均速率Ve(下表中列出一些你可能會用到的數(shù)據(jù));阿伏伽德羅常數(shù) NA23一 16.0 x 10 mol元電荷e1.6 x 10 一19 C導(dǎo)

53、線MN的摩爾質(zhì)量 口一 26.0 x 10 kg/mol(3) 經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為,金屬的電阻源于定向運動的自由電子和金屬離子(即金屬原子失去電子后的剩余局部)的碰撞展開你想象的翅膀,給出一個合理的自由電子的運動模型;在此 根底上,求出導(dǎo)線 MN中金屬離子對一個自由電子沿導(dǎo)線長度方向的平均作用力f的表達(dá)式._ 6【答案】(1)略 (2)7.8 x 10m/s (3) = evB【解析】(1)導(dǎo)線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E= BLv導(dǎo)線勻速運動,受力平衡F= F 安=BIL在厶t時間內(nèi),外力F對導(dǎo)線做功W Fv A t = F 安 v t = BILv t電路獲得的電能W&= qE= IE A t

54、= BILv A t可見,F(xiàn)對導(dǎo)線MN故的功等于電路獲得的電能W電;導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的熱量2Q= I Ra t = I A t IR= qE= Wf電可見,電路獲得的電能 呱等于導(dǎo)線MN中產(chǎn)生的熱量 Q(2)導(dǎo)線砂中具有的原子數(shù)為因為一個金屬原子奉獻(xiàn)一個電子,所以導(dǎo)線冊中的自由電子數(shù)也是M 導(dǎo)線磁單位休積內(nèi)的自宙電子數(shù)SL其中,S為導(dǎo)線冊的橫截面積.因為電流I = n VeSe所以I IL IL 口Ve= =nSe Ne mlAte解得_ 6Ve = 7.8 x 10_ m/s.方法一:動量解法設(shè)電子在第一次碰撞結(jié)束至下一次碰撞結(jié)束之間的運動都相同,經(jīng)歷的時間為厶t,電子的動量變化為零.因為導(dǎo)線MN的運動,電子受到沿導(dǎo)線方向的洛倫茲力f洛的作用f 洛=evB沿導(dǎo)線方向,電子只受到金屬離子的作用力和 f洛作用,所以I f f 洛厶 t = 0其中If為金屬離子對電子的

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