專題電磁感應中動力學和能量問題

1、關于專題電磁感應中的動力學和能量問題第1頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四2.安培力的方向判斷3.牛頓第二定律及功能關系第2頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四4兩大研究對象及其關系電磁感應中導體棒既可看作電學對象(因為它相當于電源)，又可看作力學對象(因為感應電流產(chǎn)生安培力)，而感應電流I和導體棒的速度v則是聯(lián)系這兩大對象的紐帶：第3頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四例1.如圖所示，光滑斜面的傾角30，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長L11m，bc邊的邊長L20.6 m，線框的質(zhì)量m1kg，電阻R0.1，線框通

2、過細線與重物相連，重物質(zhì)量M2kg，斜面上ef(efgh)的右方有垂直斜面向上的勻強磁場，磁感應強度B0.5T，如果線框從靜止開始運動，進入磁場的最初一段時間做勻速運動，ef和gh的距離s11.4m，(取g10 m/s2)，求： (1)線框進入磁場前重物的加速度；(2)線框進入磁場時勻速運動的速度v；(3)ab邊由靜止開始到運動到gh處所用的時間t；(4)ab邊運動到gh處的速度大小及在線框由靜止開始運動到gh處的整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱第4頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四(1)線框進入磁場前重物的加速度(2)線框進入磁場時勻速運動的速度v(3)ab邊由靜止開始到運動到

3、gh處所用的時間t第5頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四(4)ab邊運動到gh處的速度大小及在線框由靜止開始運動到gh處的整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱第6頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四二、電磁感應中的能量問題1電磁感應中的能量轉(zhuǎn)化2求解焦耳熱Q的三種方法第7頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四例2.間距為L2m的足夠長的金屬直角導軌如圖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m0.1kg的金屬細桿ab、cd與導軌垂直放置形成閉合回路桿與導軌之間的動摩擦因數(shù)均為0.5，導軌的電阻不計，細桿ab、cd的

4、電阻分別為R10.6，R20.4.整個裝置處于磁感應強度大小為B0.50 T、方向豎直向上的勻強磁場中(圖中未畫出)當ab在平行于水平導軌的拉力F作用下從靜止開始沿導軌勻加速運動時，cd桿也同時從靜止開始沿導軌向下運動測得拉力F與時間t的關系如圖乙所示g10m/s2.第8頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四分析：ab由靜止開始運動，即t=0時F=1.5NFA=0.（ab勻加速運動）10-1第9頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四(2)求當cd桿達到最大速度時ab桿的速度大小fmgFAN(3)若從開始到cd桿達到最大速度的過程中拉力F做了5.2J的功，

5、通過cd桿橫截面的電荷量為2C，求該過程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱第10頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四3.如圖所示，足夠長的光滑平行金屬導軌MN、PQ豎直放置，一勻強磁場垂直穿過導軌平面，導軌的上端M與P間連接阻值為R0.40的電阻，質(zhì)量為m0.01kg、電阻為r0.30的金屬棒ab緊貼在導軌上現(xiàn)使金屬棒ab由靜止開始下滑，其下滑距離與時間的關系如下表所示，導軌電阻不計，重力加速度g取10m/s2.試求：時間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t0.7s時，重力對金屬棒ab做功的功率；(

6、2)金屬棒ab在開始運動的0.7s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱；(3)從開始運動到t0.4s的時間內(nèi)，通過金屬棒ab的電荷量第11頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四(1)當t0.7s時，重力對金屬棒ab做功的功率(2)金屬棒ab在開始運動的0.7s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱(3)從開始運動到t0.4s的時間內(nèi)，通過金屬棒ab的電荷量第12頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四4.某興趣小組設計了一種發(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區(qū)域的圓心角均為4/9，磁場均沿半徑方向匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長abcdL、bcad2L.線圈以角速

7、度繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動，bc邊和ad邊同時進入磁場在磁場中，兩條邊所經(jīng)過處的磁感應強度大小均為B，方向始終與兩邊的運動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，感應電動勢的大小Em；(2)線圈切割磁感線時，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，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四5(單選)如圖所示，邊長為L的正方形導線框質(zhì)量為m，由距磁場H4L/3高處自由下落，其下邊ab進入勻強磁場后，線圈開始做減速運動，直到其上邊cd剛剛穿出磁場時，速度減為ab邊進入磁場時的一半，磁場的寬度也為L，則線框穿越勻強磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為(

8、)A2mgLB.10mgL/3C3mgLD.7mgL/3第14頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四6(單選)如圖所示，足夠長的光滑金屬導軌MN、PQ平行放置，且都傾斜著與水平面成夾角.在導軌的最上端M、P之間接有電阻R，不計其他電阻導體棒ab從導軌的最底端沖上導軌，當沒有磁場時，ab上升的最大高度為H；若存在垂直導軌平面的勻強磁場時，ab上升的最大高度為h.在兩次運動過程中ab都與導軌保持垂直，且初速度都相等關于上述情景，下列說法正確的是()B第15頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四7(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、L

9、2、L3、L4，在L1L2之間、L3L4之間存在勻強磁場，大小均為1T，方向垂直紙面向里現(xiàn)有一矩形線圈abcd，寬度cd0.5m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為2，將其從圖示位置靜止釋放(cd邊與L1重合)，速度隨時間的變化關系如圖乙所示，t1時刻cd邊與L2重合，t2時刻ab邊與L3重合，t3時刻ab邊與L4重合，已知t1t2的時間間隔為0.6s，整個運動過程中線圈平面始終處于豎直方向重力加速度g取10 m/s2，則()A在0t1時間內(nèi)，通過線圈的電荷量為0.25CB線圈勻速運動的速度大小為8 m/sC線圈的長度為1mD0t3時間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為4.2JAB第16頁，共21頁，2022年，5月

10、20日，15點40分，星期四dabcdabct1dabct2第17頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四8.如圖所示，兩條平行導軌所在平面與水平地面的夾角為，間距為L.導軌上端接有一平行板電容器，電容為C.導軌處于勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向垂直于導軌平面在導軌上放置一質(zhì)量為m的金屬棒，棒可沿導軌下滑，且在下滑過程中保持與導軌垂直并良好接觸已知金屬棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為，重力加速度大小為g.忽略所有電阻讓金屬棒從導軌上端由靜止開始下滑，求：(1)電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關系；(2)金屬棒的速度大小隨時間變化的關系第18頁，共21頁，2022年，5月20日，15點40分，星期四結(jié)論：1.只有在電容器充電過程中，電路中才