電磁感應現(xiàn)象中的切割類問題

1、韶關行文教育電磁感應現(xiàn)象中的切割類問題電磁感應現(xiàn)象中的切割類問題：如果感應電動勢是由導體運動而產生的，叫做動生電動勢。1 、電磁感應中的電路問題在電磁感應中， 切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產生感應電動勢，該導體或回路就相當于電源，將它們接上電容器，便可使電容器充電；將它們接上電阻等用電器，便可對用電器供電， 在回路中形成電流。因此，電磁感應問題往往與電路問題聯(lián)系在一起。解決與電路相聯(lián)系的電磁感應問題的基本方法是：用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向；畫等效電路；運用全電路歐姆定律，串并聯(lián)電路性質，電功率等公式聯(lián)立求解。典題例題1：（ 8 分）如圖所示，勻強磁場的

2、磁感應強度B=0.1T ，水平放置的框架寬度L=0.4m ，框架電阻不計。金屬棒電阻R0.8 ，定值電阻R1=2 ， R2 =3 ，當金屬棒ab 在拉力 F 的作用下以v=5m/s的速度向左勻速運動時，（ 1 ）金屬棒 ab 兩端的電壓（ 2 ）電阻 R1 的熱功率1韶關行文教育鞏固練習1：如圖所示， 一個 U 形導體框架， 其寬度 L=1m ，框架所在平面與水平面的夾用=30 °。其電阻可忽略不計。設勻強磁場與U 形框架的平面垂直。勻強磁場的磁感強度B0.2T 。今有一條形導體ab ，其質量為m 0.5kg ，有效電阻R=0.1 ，跨接在U 形框架上，并且能無摩擦地滑動，求:（ 1

3、 ）由靜止釋放導體，導體 ab 下滑的最大速度 vm ；（ 2 ）在最大速度 vm 時，在 ab 上釋放的電功率。 （ g=10m/s 2）。鞏固練習2：如圖所示，在水平面內固定一光滑“U ”型導軌，導軌間距L=1m ，整個裝置處在豎直向下的勻強磁場中，磁感強度B=0.5T 一導體棒以v0=2m/s的速度向右切割勻強磁場，導體棒在回路中的電阻r=0.3 ，定值電阻R=0.2 ，其余電阻忽略不計求：（ 1 ）回路中產生的感應電動勢；（ 2 ）R 上消耗的電功率；2韶關行文教育（3 ）若在導體棒上施加一外力F，使導體棒保持勻速直線運動，求力F 的大小和方向2 、電磁感應現(xiàn)象中的力學問題（ 1 ）通

4、過導體的感應電流在磁場中將受到安培力作用，電磁感應問題往往和力學問題聯(lián)系在一起，基本方法是：用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向；求回路中電流強度；分析研究導體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向） ；列動力學方程或平衡方程求解。（ 2 ）電磁感應力學問題中，要抓好受力情況，運動情況的動態(tài)分析，導體受力運動產生感應電動勢感應電流通電導體受安培力合外力變化加速度變化速度變化周而復始地循環(huán)，循環(huán)結束時，加速度等于零，導體達穩(wěn)定運動狀態(tài)，抓住a=0時，速度v 達最大值的特點。典題例題2：(16 分 )如圖甲所示，光滑且足夠長的平行金屬導軌MN 、 PQ 固定在同一水平面上，兩

5、導軌間距L=lm ，電阻R1 =3 ， R2 =1.5 ，導軌上放一質量m=1kg的金屬桿，長度與金屬導軌等寬，與導軌接觸良好，金屬桿的電阻r=1.0 ，導軌電阻忽略不計，整個裝置處于磁感應強度B=1.0T的勻強磁場中，磁場的方向垂直導軌平面向下現(xiàn)用一拉力F沿水平方向拉桿，使金屬桿由靜止開始運動圖乙所示為通過金屬桿中的電流平方(I2)隨位移(x) 變化的圖線，當金屬桿運動位移為5m 時，求：3韶關行文教育(1) 金屬桿的動能：(2) 安培力的功率；(3) 拉力 F 的大小鞏固練習1：如圖所示，一正方形線圈從某一高度自由下落，恰好勻速進入其下方的勻強磁場區(qū)域已知正方形線圈質量為m ，邊長為L，電

6、阻為 R，勻強磁場的磁感應強度為B，高度為 2L，求：（1）線圈進入磁場時回路產生的感應電流I1 的大小和方向；（2）線圈離開磁場過程中通過橫截面的電荷量q ；（3）線圈下邊緣剛離開磁場時線圈的速度v 的大小4韶關行文教育鞏固練習2：如圖所示，在水平面內固定一光滑“U ”型導軌，導軌間距L=1m ，整個裝置處在豎直向下的勻強磁場中，磁感強度B=0.5T 一導體棒以v0=2m/s的速度向右切割勻強磁場，導體棒在回路中的電阻r=0.3 ，定值電阻R=0.2 ，其余電阻忽略不計求：（ 1 ）回路中產生的感應電動勢；（ 2 ）R 上消耗的電功率；（3 ）若在導體棒上施加一外力F，使導體棒保持勻速直線運

7、動，求力F 的大小和方向3 、電磁感應中能量轉化問題5韶關行文教育導體切割磁感線或閉合回路中磁通量發(fā)生變化，在回路中產生感應電流，機械能或其他形式能量便轉化為電能，具有感應電流的導體在磁場中受安培力作用或通過電阻發(fā)熱，又可使電能轉化為機械能或電阻的內能，因此，電磁感應過程總是伴隨著能量轉化，用能量轉化觀點研究電磁感應問題常是導體的穩(wěn)定運動（勻速直線運動或勻速轉動），對應的受力特點是合外力為零，能量轉化過程常常是機械能轉化為內能，解決這類問題的基本方法是：用法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向；畫出等效電路，求出回路中電阻消耗電功率表達式；分析導體機械能的變化，用能量守恒關系得

8、到機械功率的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程。典題例題3：如圖所示，平行的光滑金屬導軌間距為L，導軌平面與水平面成角，導軌下端接有阻值為R 的電阻，質量為m 的金屬桿ab 處于導軌上與輕彈簧相連，彈簧勁度系數(shù)為 k，上端固定， 彈簧與導軌平面平行， 整個裝置處在垂直于導軌平面斜向上的勻強磁場中，磁感應強度為 B開始時桿靜止，現(xiàn)給桿一個大小為v 0 的初速度使桿沿導軌向下運動運動至速度為零后，桿又沿導軌平面向上運動，運動過程的最大速度大小為v1 ，然后減速為零，再沿導軌平面向下運動 一直往復運動到靜止導軌與金屬細桿的電阻均可忽略不計，重力加速度為g 試求：（1）細桿獲得初速度瞬間，通過回路的

9、電流大??；（2）當桿向上速度達到 v1 時，桿離最初靜止時位置的距離L1；（3）桿由初速度 v0 開始運動直到最后靜止，電阻R 上產生的焦耳熱 Q.6韶關行文教育鞏固練習1： abcd 是質量為m ，長和寬分別為b 和 l 的矩形金屬線框，有靜止沿兩條平行光滑的傾斜軌道下滑，軌道平面與水平面成角。 efmn為一矩形磁場區(qū)域，磁感應強度為B，方向豎直向上。已知da=an=ne=b，線框的 cd 邊剛要離開磁區(qū)時的瞬時速度為v，整個線框的電阻為R，試用題中給出的物理量（m 、 b 、 l 、B、 、 v、 R）表述下列物理量。（ 1 ）ab 剛進入磁區(qū)時產生的感應電動勢（ 2 ）此時線框的加速度（

10、 3 ）線框下滑中共產生的熱量鞏固練習2：如圖所示，質量為m=0.1kg粗細均勻的導線，繞制成閉合矩形線框，其中長，寬，豎直放置在水平面上。中間有一磁感應強度B=1.0T ，磁場寬度的勻強磁場。線框在水平向右的恒力F=2N的作用下，從圖示位置由靜止開始沿水平方向運動，線框AB 邊從左側進入磁場，從磁場右側以=1m/s的速度勻速運動離開磁場，整個過程中線框始終受到大小恒定的阻力Ff =1N ，且線框不發(fā)生轉動。求線框的AB邊：7韶關行文教育（ 1 ）離開磁場時感應電流的大?。唬?2 ）剛進入磁場時感應電動勢的大??；（ 3 ）穿越磁場的過程中安培力所做的總功。4 、電磁感應中圖像問題電磁感應現(xiàn)象中

11、圖像問題的分析，要抓住磁通量的變化是否均勻，從而推知感應電動勢（電流）大小是否恒定。用楞次定律判斷出感應電動勢（或電流）的方向，從而確定其正負，以及在坐標中的范圍。另外，要正確解決圖像問題， 必須能根據(jù)圖像的意義把圖像反映的規(guī)律對應到實際過程中去，8韶關行文教育又能根據(jù)實際過程的抽象規(guī)律對應到圖像中去，最終根據(jù)實際過程的物理規(guī)律進行判斷。典題例題4：如圖甲所示是某人設計的一種振動發(fā)電裝置，它的結構是一個套在輻向形永久磁鐵槽中的半徑為r 0.1 m 、匝數(shù) n 20 的線圈，磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布（其右視圖如圖乙所示） 。在線圈所在位置磁感應強度B 的大小均為0.2 T ，線圈的電阻為

12、2 ，它的引出線接有8 的小電珠L（可以認為電阻為定值）。外力推動線圈框架的P 端，使線圈沿軸線做往復運動，便有電流通過電珠。當線圈向右的位移x 隨時間 t 變化的規(guī)律如圖丙所示時（ x 取向右為正），求：（1）線圈運動時產生的感應電流I 的大小，并在圖丁中畫出感應電流隨時間變化的圖像（在圖甲中取電流由 C 向上流過電珠L到D為正）；（2）每一次推動線圈運動過程中作用力F 的大小；（3）該發(fā)電機的輸出功率P（摩擦等損耗不計） ；鞏固練習2：水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，間距為L，一端通過導線與阻9韶關行文教育值為 R 的電阻連接；導軌上放一質量為m 的金屬桿（如圖），金屬桿與導軌的

13、電阻忽略不計；均勻磁場豎直向下.用與導軌平行的恒定拉力F 作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運動。當改變拉力的大小時，相對應的勻速運動速度v 也會變化， v 與 F 的關系如下圖。 （取重力加速度 g=10m/s2 ）（ 1 ）金屬桿在勻速運動之前做什么運動？（ 2 ）若 m=0.5kg ， L=0.5m ， R=0.5 ，磁感應強度 B 為多大？（ 3 ）由 v-F 圖線的截距可求得什么物理量？其值為多少？家作：1. 如圖所示，寬度 L=1.0m 的足夠長的 U 形金屬框架水平放置，框架處在豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B=1.0T ，框架導軌上放一根質量m =0.2kg 、電阻 R=1.0

14、的金屬棒 ab ，棒 ab 與導軌間的動摩擦因數(shù)=0.5 ，現(xiàn)牽引力F 以恒定功率P 使棒從靜止開始沿導軌運動（ ab 棒始終與導軌接觸良好且垂直），當棒的電阻R 產生熱量 Q=7.0J 時獲得穩(wěn)定速度，速度大小為3.0m/s ，此過程中通過棒的電量q =4.1C 。框架電阻不計，g 取 10m/s 2 。10韶關行文教育求：（1 ）當棒的速度到達穩(wěn)定時，棒ab 所受的安培力的大小和方向。(2) 牽引力 F 的恒定功率 P 為多大？（3 ）ab 棒從靜止到穩(wěn)定速度的時間多少？2.如圖所示，固定于水平桌面上足夠長的兩平行光滑導軌PQ 、 MN ，其電阻不計，間距d=0 5m ， P、M兩端接有一

15、只理想電壓表，整個裝置處于豎直向下的磁感應強度B00 2T 的勻強磁場中，兩金屬棒L1、 L2 平行地擱在導軌上，其電阻均為r 0.1 ，質量分別為 M 1 =0 3kg 和 M 2 05kg 。固定棒 L1，使 L2 在水平恒力F=0 8N 的作用下，由靜止開始運動。試求：(1) 當電壓表讀數(shù)為 U=0 2V 時，棒 L2 的加速度為多大；(2) 棒 L2 能達到的最大速度vm .11韶關行文教育3.如圖所示，由同種材料制成的單匝正方形閉合導線框abcd位于豎直平面內，其下方有一勻強磁場區(qū)域，該區(qū)域的上邊界水平，并與線框的ab 邊平行，磁場方向與線框平面垂直。已知磁場的磁感應強度為B，線框邊長為L，線框質量為m ，電阻為R。線框從磁場上方某高度處，由靜止開始下落，恰能勻速進入磁場區(qū)域。求：（ 1 ）當 ab 邊剛進入磁場時，線框的速度大小；（ 2 ）線框在進入磁場的過程中，