高中物理电磁感应难题集 下载本文

Rx=⑨ 答:(1)通过棒的电I=及棒的速率. (2)此时的Rx=点评: 考查了电磁感应定律,闭合电路欧姆定律,粒子的运动. 18.(2012?上海)如图,质量为M的足够长金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上.一电阻不计,质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PQbc构成矩形.棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于水平面的立柱.导轨bc段长为L,开始时PQ左侧导轨的总电阻为R,右侧导轨单位长度的电阻为R0.以ef为界,其左侧匀强磁场方向竖直向上,右侧匀强磁场水平向左,磁感应强度大小均为B.在t=0时,一水平向左的拉力F垂直作用于导轨的bc边上,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度为a. (1)求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式; (2)经过多少时间拉力F达到最大值,拉力F的最大值为多少?

(3)某一过程中回路产生的焦耳热为Q,导轨克服摩擦力做功为W,求导轨动能的增加量.

考点: 专题: 分析: 导体切割磁感线时的感应电动势;共点力平衡的条件及其应用;电磁感应中的能量转化. 压轴题;电磁感应——功能问题. 电磁感应定律求电动势,匀变速运动求速度,由闭合电路欧姆定律求出感应电流随时间变化的表达式,对导轨受力分析,牛顿第二定律求F得最大值,由动能定理求导轨动能的增加量. 解答: 解:(1)对杆发电:E=BLv, 导轨做初速为零的匀加速运动,v=at, E=BLat, s=at 对回路:闭合电路欧姆定律: 2(2)导轨受外力F,安培力FA摩擦力f.其中 对杆受安培力:FA=BIL= Ff=μFN=μ(mg+BIL)=μ(mg+由牛顿定律F﹣FA﹣Ff=Ma

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F=Ma+FA+Ff=Ma+μmg+(1+μ) 上式中当:=R0at 即t=时,外力F取最大值, F max=Ma+μmg+(1+μ)BL22, (3)设此过程中导轨运动距离为s, 由动能定理,W合=△Ek W合=Mas. 由于摩擦力Ff=μ(mg+FA), 所以摩擦力做功:W=μmgs+μWA=μmgs+μQ, s=, ; △Ek=Mas=答:(1)回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式E=BLat,(2)经过时间拉力F达到最大值,拉力F的最大值为Ma+μmg+(1+μ)BL22, (3)导轨动能的增加量为点评:

. 考查了电磁感应定律产生电动势、电流随时间变化的规律,讨论其最大值,能量守恒定律的应用. 19.(2012?邯郸一模)如图所示,两电阻不计的足够长光滑平行金属导轨与水平面夹角为θ,导轨间距为l,所在平面的正方形区域abcd内存在有界匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上.如图所示,将甲、乙两阻值相同,质量均为m的相同金属杆放置在导轨上,甲金属杆处在磁场的上边界,甲、乙相距l.从静止释放两金属杆的同时,在金属杆甲上施加一个沿着导轨的外力,使甲金属杆在运动过程中始终沿导轨向下做匀加速直线运动,且加速度大小以a=gsinθ,乙金属杆刚进入磁场时做匀速运动. (1)求每根金属杆的电阻R为多少?

(2)从刚释放金属杆时开始计时,写出从计时开始到甲金属杆离开磁场的过程中外力F随时间t的变化关系式,并说明F的方向.

(3)若从开始释放两杆到乙金属杆离开磁场,乙金属杆共产生热量Q,试求此过程中外力F对甲做的功.

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考点: 专题: 分析: 导体切割磁感线时的感应电动势;力的合成与分解的运用;共点力平衡的条件及其应用;安培力;电磁感应中的能量转化. 压轴题;电磁感应——功能问题. (1)甲、乙匀加速运动时加速度相同,当乙通过位移l进入磁场时,甲刚出磁场,由运动学速度位移公式求出乙进入磁场时的速度,乙金属杆刚进入磁场时做匀速运动,根据平衡条件求解电阻R. (2)从刚释放金属杆时开始计时,由于甲的加速度大小a=gsinθ,外力与安培力大小相等,由速度公式得出速度与时间的关系式,根据安培力的表达式得出外力与时间的关系式. (3)从开始释放两杆到乙金属杆离开磁场,乙进入磁场前,甲、乙发出相同热量,导体棒克服安培力做功等于回路产生的热量.甲出磁场以后,外力F为零,乙在磁场中,安培力大小等于重力沿斜面向下的分力,甲、乙发出相同热量,根据功能关系得出回路产生的热量,根据总热量等于Q,求出外力做功. 解答: 解:(1)由题,甲、乙匀加速运动时加速度相同,所以,当乙进入磁场时,甲刚出磁场 乙进入磁场时的速度根据平衡条件有 解得: (2)甲在磁场中运动时,外力F始终等于安培力,v=gsinθ?t 将 代入得:,方向沿导轨向下 (3)乙进入磁场前,甲、乙发出相同热量,设为Q1,则有 F安l=2Q1 又F=F安故外力F对甲做的功WF=Fl=2Q1 甲出磁场以后,外力F为零,乙在磁场中,甲、乙发出相同热量,设为Q2,则有 F安′l=2Q2 又F安′=mgsinθ 又Q=Q1+Q2 解得:WF=2Q﹣mglsinθ 答: 第 27 页 共 27 页

(1)每根金属杆的电阻. (2)从刚释放金属杆时开始计时,从计时开始到甲金属杆离开磁场的过程中外力F随时间t的变化关系式为,方向沿导轨向下. (3)从开始释放两杆到乙金属杆离开磁场,乙金属杆共产生热量Q,此过程中外力F对甲做的功为2Q﹣mglsinθ. 点评: 20.(2012?温州模拟)一个质量m=0.1kg的正方形金属框总电阻R=0.5Ω,金属框放在表面是绝缘且光滑的斜面顶端,自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端BB′,设金属框在下滑时即时速度为v,与此对应的位移为s,那么v﹣s图象如图2所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上.试问:

(1)分析v﹣s图象所提供的信息,计算出斜面倾角θ和匀强磁场宽度d. (2)匀强磁场的磁感应强度多大?

(3)金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少?

(4)现用平行斜面沿斜面向上的恒力F作用在金属框上,使金属框从斜面底端BB′静止开始沿斜面向上运动,匀速通过磁场区域后到达斜面顶端.试计算恒力F做功的最小值.

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本题审题时紧扣导体棒切割磁感线时加速度为a=gsinθ,外力与安培力大小相等,外力F对甲做的功等于导体棒克服安培力做功.

考点: 专题: 分析: 导体切割磁感线时的感应电动势;匀变速直线运动的图像;牛顿第二定律;功能关系. 压轴题;电磁感应——功能问题. (1)s=0到s=1.6 m,从图象可知,金属框做匀加速直线运动,根据斜率求出加速度从而求出倾角.金属框从下边进磁场到上边出磁场过程中做匀速直线运动,通过运动的距离,知L=d,等于匀速运动位移的一半. (2)线圈在磁场中做匀速直线运动,根据受力平衡,求出磁感应强度. (3)线框先做匀加速运动,再做匀速直线运动,再做匀加速直线运动,根据运动学公式求出三个时间之和. (4)未入磁场 F﹣mgsinθ=ma2,进入磁场F=mgsinθ+F安,∴F安=ma2,通过安培力做功求出克服安培力做功产生的热量,在整个过程中重力势能的增加量可以求出,要计算恒力F做功的最小值,只要线框到达最高点的速度为0,此时做功最小.然后根据能量守恒进行求解. 解答: 解:(1)s=0到s=1.6 m由公式v=2as,该段图线斜率k=2=2a==10,所以a=5m, 第 28 页 共 28 页