湖北省華中師大一附中高二國際板物理大小班、長短課重點班附加課件：單導(dǎo)棒專題

單導(dǎo)棒專題一.電磁感應(yīng)與電路的綜合問題電磁感應(yīng)與電路的綜合問題的解題關(guān)鍵在于電路結(jié)構(gòu)的分析，能正確畫出等效電路圖，并結(jié)合電學(xué)知識進(jìn)行分析、求解．求解過程中首先要注意電源的確定，通常將切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路作為等效電源，若產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分是由幾個相互聯(lián)系的部分構(gòu)成的，可視為電源的串聯(lián)與并聯(lián)；其次是要能正確區(qū)分內(nèi)、外電路，應(yīng)把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分電路視為內(nèi)電路；最后應(yīng)用閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)電路的基本規(guī)律求解．1.粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行?，F(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個不同方向平移出磁場，如圖所示，則在移出過程中線框一邊a、b兩點間的電勢差絕對值最大的是（）A.B.C.D.abvabvabvabvB以不同的速度從磁場中勻速拉出(V,2V,3V,4V),哪種情況通過回路中電量最多?發(fā)熱最多?

A逐漸增大B.先減小后增大C.先增大后減小

D.增大、減小、再增大、再減小2.如圖示：abcd是粗細(xì)均勻的電阻絲制成的長方形線框，另一種材料制成的導(dǎo)體棒MN有電阻，可與保持良好接觸并做無摩擦滑動，線框處在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B中，當(dāng)導(dǎo)體棒MN在外力作用下從導(dǎo)線框的左端開始做切割磁感應(yīng)線的勻速運動，一直滑到右端的過程中，導(dǎo)線框上消耗的電功率的變化情況可能為：（）bv0BcMNad若R≤r，選C,ORP出Pmr若R>r且在兩端時的電阻等于r，則選B.若R>r且在兩端時的電阻小于r，則選D.BCD3.如圖示：abcd是粗細(xì)均勻的電阻絲制成的長方形線框，導(dǎo)體棒MN有電阻，可在ad邊與bc邊上無摩擦滑動，且接觸良好，線框處在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B中，在MN由靠近ab邊向dc邊勻速滑動的過程中，下列說法正確的是：（）A.矩形線框消耗的功率一定先減小后增大B.MN棒中的電流強(qiáng)度一定先減小后增大C.MN兩端的電壓一定先減小后增大D.MN棒上拉力的功率一定先減小后增大BDv0BcMNabd在ad中點時，并聯(lián)電阻最大，電流最小，路端電壓最大，安培力最小。4.如圖所示，間距l(xiāng)＝0.3m的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個豎直面內(nèi)．在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角θ＝37°的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝0.4T、方向豎直向上和B2＝1T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場．電阻R＝0.3Ω、質(zhì)量m1＝0.1kg、長為l

的相同導(dǎo)體桿K、S、Q分別放置在導(dǎo)軌上，S桿的兩端固定在b1、b2點，K、Q桿可沿導(dǎo)軌無摩擦滑動且始終接觸良好．一端系于K桿中點的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過輕質(zhì)定滑輪自然下垂，繩上穿有質(zhì)量m2＝0.05kg的小環(huán)．已知小環(huán)以a＝6m/s2的加速度沿繩下滑，K桿保持靜止，Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運動．不計導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦，繩不可伸長．取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)小環(huán)所受摩擦力的大?。?2)Q桿所受拉力的瞬時功率．(1)

m2g－f＝m2a①得f＝0.2N②(2)

K桿受力平衡，有f＝B1I1L③I＝2I1④R總＝3/2R⑤I＝E/R總⑥E＝B2lv⑦F＋m1gsinθ＝B2IL⑧P＝Fv⑨聯(lián)立以上方程，代入數(shù)據(jù)得P＝2W知識掃描2.

電磁感應(yīng)現(xiàn)象實質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化與守恒.

“外力”克服安培力做了多少功,就有多少

其他形式的

能轉(zhuǎn)化為

電

能。同理,安培力做了多少功,就有多少

電

能轉(zhuǎn)化為

其它形式的

能。3.

安培力的沖量

二.電磁感應(yīng)與力電的綜合問題1.動力學(xué)過程分析5.如圖甲所示，在水平面上固定有長為L＝2m、寬為d＝1m的金屬“U”形導(dǎo)軌，在“U”形導(dǎo)軌右側(cè)l＝0.5m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示．在t＝0時刻，質(zhì)量為m＝0.1kg的導(dǎo)體棒以v0＝1m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運動，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.1，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為λ＝0.1Ω/m，不計導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響(取g＝10m/s2)．

(1)通過計算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運動情況；(2)計算4s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向；(3)計算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱．【解析】(1)導(dǎo)體棒先在無磁場區(qū)域做勻減速運動，有－μmg＝mavt＝v0＋atx＝v0t＋導(dǎo)體棒速度減為零時，vt＝0代入數(shù)據(jù)解得：t＝1s，x＝0.5m，因x<L－l，故導(dǎo)體棒沒有進(jìn)入磁場區(qū)域．(2)前2s磁通量不變E＝0，I＝0后2s回路產(chǎn)生的電動勢為E＝＝0.1V回路的總長度為5m，因此回路的總電阻為R＝5λ＝0.5Ω

電流為I＝＝0.2A根據(jù)楞次定律，在回路中的電流方向是順時針方向．(3)前2s電流為零，后2s有恒定電流，回路產(chǎn)生的焦耳熱為Q＝I2Rt＝0.04J.6.如圖所示，寬度L=1.0m的光滑金屬框架MNPQ固定于水平面內(nèi)，以M為坐標(biāo)原點，MN方向為x軸正方向建立坐標(biāo)系，x、y軸與虛線所包圍的有界勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.5T，方向豎直向下．現(xiàn)將質(zhì)量m=0.1kg的金屬棒ab放在框架上，與y軸重合，受到F=0.7N的力作用后，由靜止沿x軸方向運動，經(jīng)0.5s通過AB，接著一直做a=2m/s2的勻加速直線運動．PM段電阻為1，其他部分電阻不計．求(1)金屬棒ab在通過AB后0.5m的過程中，框架中產(chǎn)生的焦耳熱；(2)金屬棒ab在通過AB后0.4s時，切割磁感線產(chǎn)生的電動勢；(3)金屬棒ab在剛開始運動的0.5s內(nèi)，回路中流過的電量．(1)金屬棒ab在通過AB后0.5m的過程中，框架中產(chǎn)生的焦耳熱；F-F安=ma求得F安=0.5NWA=-F安x=-0.25JQ=-W安=0.25J令到達(dá)AB時的瞬時速度為v1,0.4s時棒的速度為v2，得：(2)金屬棒ab在通過AB后0.4s時，切割磁感線產(chǎn)生的電動勢；F-FA=ma(3)金屬棒ab在剛開始運動的0.5s內(nèi)，回路中流過的電量．7.如圖所示，豎直平面內(nèi)有一半徑為r、內(nèi)阻為R1、粗細(xì)均勻的光滑半圓形金屬環(huán)，在M、N處與相距為2r、電阻不計的平行光滑金屬軌道ME、NF相接，EF之間接有電阻R2，已知R1=12R，R2=4R.在MN上方及CD下方有水平方向的勻強(qiáng)磁場Ⅰ和Ⅱ，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B.現(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計的導(dǎo)體棒ab，從半圓環(huán)的最高點A處由靜止下落，在下落過程中導(dǎo)體棒始終保持水平，與半圓形金屬環(huán)及軌道接觸良好，平行軌道夠長．已知導(dǎo)體棒ab下落r/2時的速度大小為v1，下落到MN處的速度大小為v2.(1)求導(dǎo)體棒ab從A下落r/2時的加速度大小．(2)若導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場Ⅱ后棒中電流大小始終不變，求磁場Ⅰ和Ⅱ之間的距離h和R2上的電功率P2