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2014电磁感应
2014届高三二轮物理之13电磁感应及其综合性问题
【来源:高考资源网#】
1 如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端连接定值电阻R,导轨上水平虚线MNPQ区域内,存在着垂直于轨道平面向下的匀强磁场,磁感应强度为B.将质量为m、电阻为r的导体棒在距磁场上边界d处由静止释放,导体棒进入磁场运动距离s到达CD位置,速度增加到v1,此时对导体棒施加一平行于导轨的拉力,使导体棒以速度v1匀速运动时间t后离开磁场.导体棒始终与导轨垂直且电接触良好,不计导轨的电阻,重力加速度为g.求:
(1)导体棒刚进入磁场时产生的感应电动势E;
(2)导体棒到达CD位置时,电阻R上的电功率P;
(3)整个过程中回路产生的焦耳热Q.
(2)导体棒到达CD位置时的感应电动势
此时R上的电功率
解得
(3)导体棒从MN运动到CD,由能量守恒定律有
以v1的速度匀速运动时间t,产生的热量
整个过程中回路产生的热量
解得 。
2 如图(a)所示,一端封闭的两条足够长平行光滑导轨固定在水平面上,相距L,其中宽为L的abdc区域无磁场,cd右段区域存在匀强磁场,磁感应强度为B0,磁场方向垂直于水平面向上;ab左段区域存在宽为L的均匀分布但随时间线性变化的磁场B,如图(b)所示,磁场方向垂直水平面向下。一质量为m的金属棒ab,在t=0的时刻从边界ab开始以某速度向右匀速运动,经时间运动到cd处。设金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计。
求金属棒从边界ab运动到cd的过程中回路中感应电流产生的焦耳热量Q;
经分析可知金属棒刚进入cd右段的磁场时做减速运动,求金属棒在该区域克服安培力做的功W。
金属杆一旦进入cd段,一方面整个电路中左部分会产生感生电动势,还是和原来一样
感应电流方向根据楞次定律判断得金属棒中是由下向上
同时金属棒切割磁感应线,也要产生动生电动势
感应电流方向金属棒中由上向下,与动生电动势相反
题中说,一开始减速,说明开始时较大,总体感应电流金属棒中还是由上向下,才能与减速相符合
随着速度的减小,会达到 ,此时电路中感应感应电流为零,金属棒不再减速,并将维持这个状态一直做匀速直线运动,于是我们可以求出做匀速直线运动的速度
根据动能定理有
3 光滑水平轨道abc、ade在a端很接近但是不相连,bc段与de段平行,尺寸如图所示。轨道之间存在磁感应强度为B的匀强磁场。初始时质量m的杆1放置在b、d两点上,杆2放置在杆1右侧L/2处。除杆2电阻为R外,杆1和轨道电阻均不计。
(1)若固定杆1,用水平外力以速度v0匀速向右拉动杆2。试利用法拉第电磁感应定律推导:杆2中的感应电动势大小E =BL v0。
(2)若固定杆2,用水平外力将杆1以初速度v0向左拉动,运动过程中保持杆中电流不变,杆1向左运动位移L时速度的大小为多少?
(3)在(2)问的过程中,杆1向左运动位移L内,水平外力做的功为多少?
(4)在(2)问的过程中,杆1向左运动位移L用了多少时间?
解析:(14分)
(1)经过Δt时间,E= = = BLv0…………3分
(2)移动L后,切割长度L/2…………2分
此时感应电动势E=BLv1/2=BLv0
v1= 2v0…………2分
(3)由动能定理
W+WA=ΔEK
因为安培力FA=IlB,切割有效长度l与位移成线性关系均匀减小
WA=- L= - L= -
W=-mv02 + = +mv02
4 如图所示,两根平行光滑导轨PQ和MN相距d=0.5m,它们与水平方向的倾角为α(sinα=0.6),导轨的上方跟电阻为R=4Ω相连,导轨上放一个金属棒,金属棒的质量为m=0.2kg,电阻r=2Ω。整个装置放在方向竖直向上的匀强磁场中,磁感强度B=1.2T。金属棒在沿斜面方向向上的恒力作用下收静止开始沿斜面向上运动,电阻R消耗的最大电功率P=1W。(g=10m/s2)求:(1)恒力的大小;(2)恒力作用功的最大功率。
θ
θ
B
R
M
N
P
Q
C
D
第14题图
d
s
V0
B
B0
b
a
d
c
L
L
L
(a)
t
t0
B
2B0
B0
(b)
第15题图
α
R
N
M
P
Q
B
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