D052.電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題.ppt
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電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題,電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題,電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力的作用，因此，電磁感應(yīng)問題往往跟力學(xué)問題聯(lián)系在一起，解決這類電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題，不僅要應(yīng)用電磁學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、左右手定則、安培力的計(jì)算公式等，還要應(yīng)用力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律，如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律等。要將電磁學(xué)和力學(xué)的知識綜合起來應(yīng)用。,電磁感應(yīng)與動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)合的動(dòng)態(tài)分析，思考方法是：電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電動(dòng)勢→感應(yīng)電流→通電導(dǎo)線受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→感應(yīng)電動(dòng)勢變化→……周而復(fù)始地循環(huán)，循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)．,,,m1=m2r1=r2l1=l2,m1=m2r1=r2l1=l2,桿1做變減速運(yùn)動(dòng)，桿2做變加速運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)，兩桿的加速度為0，以相同速度做勻速運(yùn)動(dòng),開始兩桿做變加速運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)，兩桿以相同的加速度做勻變速運(yùn)動(dòng),滑軌問題,,010.07-08學(xué)年清華大學(xué)附中高考模擬試題13,13．如圖所示，在水平面上有一固定的U形金屬框架，框架上置一金屬桿ab，不計(jì)摩擦，在豎直方向上有勻強(qiáng)磁場。則（）A．若磁場方向豎直向上并增大時(shí)，桿ab將向右移動(dòng)B．若磁場方向豎直向上并減小時(shí)，桿ab將向右移動(dòng)C．若磁場方向豎直向下并增大時(shí)，桿ab將向右移動(dòng)D．若磁場方向豎直向下并減小時(shí)，桿ab將向左移動(dòng),B,,gk008.2008年高考理綜重慶卷18,18、如圖，粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈．當(dāng)一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經(jīng)過時(shí)，若線圈始終不動(dòng)，則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向運(yùn)動(dòng)趨勢的正確判斷是（）A．FN先小于mg后大于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢向左B．FN先大于mg后小于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢向左C．FN先大于mg后大于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢向右D．FN先大于mg后小于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢向右,D,,028.上海普陀區(qū)08年1月期末調(diào)研試卷16,16、如圖所示，質(zhì)量為m、電阻為R、邊長為L的等邊三角形ACD，在A處用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，垂直于ACD施加一個(gè)垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度按規(guī)律B=kt（k為常數(shù)）增強(qiáng)并且正好增大為B0時(shí)，CD邊安培力是，細(xì)線上的拉力為。,mg,,032.上海虹口區(qū)07學(xué)年度第一學(xué)期期終教學(xué)檢測19,19、質(zhì)量為M、電阻為R、長為L的細(xì)金屬絲折成一個(gè)等邊三角形ABC，如圖所示。在A處焊接且用細(xì)線掛于O點(diǎn)，垂直于ABC加一個(gè)垂直紙面向里均勻變化的磁場，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度按規(guī)律B=kt（k為常數(shù)）增強(qiáng)并且正好增大為B0時(shí)，細(xì)線上的拉力是_______，BC,邊受到的磁場力是_________。,解：,對整體有T=Mg,Mg,,042.08年蘇、錫、常、鎮(zhèn)四市教學(xué)情況調(diào)查（一）3,3．如圖甲中abcd為導(dǎo)體做成的框架，其平面與水平面成θ角，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒PQ與ab、cd垂直且接觸良好，回路的電阻為R，整個(gè)裝置放于垂直框架平面的變化的磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示，棒PQ始終靜止，在時(shí)間0—t0內(nèi)，棒PQ受到的靜摩擦力的大小變化是（）A．一直增大B．一直減小C．先減小后增大D．先增大后減小,A,,gk009.2008年高考理綜山東卷22,,AC,9．如圖所示，兩根足夠長的固定平行金屬光滑導(dǎo)軌位于同一水平面，導(dǎo)軌上橫放著兩根相同的導(dǎo)體棒ab、cd與導(dǎo)軌構(gòu)成矩形回路。導(dǎo)體棒的兩端連接著處于壓縮狀態(tài)的兩根輕質(zhì)彈簧，兩棒的中間用細(xì)線綁住，它們的電阻均為R，回路上其余部分的電阻不計(jì)。在導(dǎo)軌平面間有一豎直向下的勻強(qiáng)磁場。開始時(shí)，導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài)。剪斷細(xì)線后，下列敘述中正確的是()A．回路中有感應(yīng)電動(dòng)勢。B．兩根導(dǎo)體棒所受安培力方向相同。C．兩根導(dǎo)體棒最終將相對靜止,彈簧處于原長狀態(tài)。D．剪斷細(xì)線的同時(shí)，若磁場突然線性增強(qiáng)，兩根導(dǎo)體棒可能保持靜止。,032.上海虹口區(qū)07學(xué)年度第一學(xué)期期終教學(xué)檢測9,ACD,,17、如圖所示，U形導(dǎo)線框固定在水平面上，右端放有質(zhì)量為m的金屬棒ab，ab與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，它們圍成的矩形邊長分別為L1、L2，回路的總電阻為R。從t=0時(shí)刻起，在豎直向上方向加一個(gè)隨時(shí)間均勻變化的勻強(qiáng)磁場B=kt，（k>0）那么在t為多大時(shí)，金屬棒開始移動(dòng)？,003.南京師大物理之友電學(xué)綜合(一)17,解：,由可知，,回路中感應(yīng)電動(dòng)勢是恒定的，電流大小也是恒定的，但由于安培力F=BIL∝B=kt∝t，所以安培力將隨時(shí)間而增大。,當(dāng)安培力增大到等于最大靜摩擦力時(shí),ab將開始向左移動(dòng)。這時(shí)有：,,049.西安市重點(diǎn)中學(xué)2008屆4月份理綜試題8,8、如圖所示，上下不等寬的平行金屬導(dǎo)軌的EF和GH兩部分導(dǎo)軌間的距離為2L，IJ和MN兩部分導(dǎo)軌間的距離為L，導(dǎo)軌豎直放置，整個(gè)裝置處于水平向里的勻強(qiáng)磁場中，金屬桿ab和cd的質(zhì)量均為m，都可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動(dòng)，且與導(dǎo)軌接觸良好，現(xiàn)對金屬桿ab施加一個(gè)豎直向上的作用力F，使其勻速向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)cd處于靜止?fàn)顟B(tài)，則F的大小為（）A．2mgB．3mgC．4mgD．mg,B,解見下頁,,,解：,ab勻速向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感應(yīng)電流I,,cd桿受到安培力Fcd=BIL,ab桿受到安培力Fab=2BIL,金屬桿cd處于靜止?fàn)顟B(tài)，有,Fcd=mg,ab勻速向上運(yùn)動(dòng)，受力如圖示：,F-Fab–mg=0,∴F=3mg,B正確,,,004.南京師大物理之友電學(xué)綜合(二)19、,如圖所示，水平的平行虛線間距為d=50cm，其間有B=1.0T的勻強(qiáng)磁場。一個(gè)正方形線圈邊長為l=10cm，線圈質(zhì)量m=100g，電阻為R=0.020Ω。開始時(shí)，線圈的下邊緣到磁場上邊緣的距離為h=80cm。將線圈由靜止釋放，其下邊緣剛進(jìn)入磁場和剛穿出磁場時(shí)的速度相等。取g=10m/s2，求：⑴線圈進(jìn)入磁場過程中產(chǎn)生的電熱Q。⑵線圈下邊緣穿越磁場過程中的最小速度v。⑶線圈下邊緣穿越磁場過程中加速度的最小值a。,,,解：,⑴由于線圈完全處于磁場中時(shí)不產(chǎn)生電熱，所以線圈進(jìn)入磁場過程中產(chǎn)生的電熱Q就是線圈從圖中2位置到3位置產(chǎn)生的電熱，而2、4位置動(dòng)能相同，,由能量守恒Q=mgd=0.50J,⑵3位置時(shí)線圈速度一定最小，而3到4線圈是自由落體運(yùn)動(dòng)因此有,v02-v2=2g(d-l)，得,⑶2到3是減速過程，因此安培力減小，,由F-mg=ma知加速度減小，到3位置時(shí)加速度最小，,a=4.1m/s2,,,v02=2gh,9．青藏鐵路安裝的一種電磁裝置可以向控制中心傳輸信號，以確定火車的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其原理是將能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖甲所示（俯視圖），當(dāng)它經(jīng)過安放在兩鐵軌間的線圈時(shí)，線圈便產(chǎn)生一個(gè)電信號傳輸給控制中心．線圈邊長分別為l1和l2，匝數(shù)為n，線圈和傳輸線的電阻忽略不計(jì)．若火車通過線圈時(shí)，控制中心接收到線圈兩端的電壓信號u與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示（ab、cd均為直線），t1、t2、t3、t4是運(yùn)動(dòng)過程的四個(gè)時(shí)刻，,,,則火車（）A．在t1~t2時(shí)間內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B．在t3~t4時(shí)間內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng),D．在t3~t4時(shí)間內(nèi)平均速度的大小為,C．在t1~t2時(shí)間內(nèi)加速度大小為,ACD,解見下頁,,,,解：,從t1時(shí)刻到t2時(shí)刻過程中線圈兩端產(chǎn)生電壓隨時(shí)間做線性變化,所以在t1~t2時(shí)間內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng),A對.,同理，在t3~t4時(shí)間內(nèi)也做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)。,在t1~t2時(shí)間內(nèi)加速度大小為:,C對,在t3~t4時(shí)間內(nèi)平均速度的大小為:,D對,,題目,,010.07-08學(xué)年清華大學(xué)附中高考模擬試題19,19．如圖（甲）所示，一對平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距l(xiāng)＝0.20m，電阻R＝1.0Ω；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感強(qiáng)度B＝0.50T的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直軌道面向下,現(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運(yùn)動(dòng)，測得力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖（乙）所示，求桿的質(zhì)量m和加速度a．,,,,解：,導(dǎo)體桿在軌道上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用v表示其速度，t表示時(shí)間，則有v＝at①,桿切割磁力線，將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，,ε＝Blv②,在桿、軌道和電阻的閉合回路中產(chǎn)生電流,③,桿受到的安培力為f＝Ibl④,根據(jù)牛頓第二定律，有F-f＝ma⑤,聯(lián)立以上各式，得,⑥,由圖線上取兩點(diǎn)代入⑥式，可解得，,m＝0.1kg,,,045.南京市金陵中學(xué)07—08學(xué)年一輪復(fù)習(xí)檢測（一）16,16．（12分）如圖所示，平行導(dǎo)軌MN和PQ相距0.5m，電阻可忽略，摩擦不計(jì)，其水平部分QSTN置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.60T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，傾斜部分PSTM處沒有磁場，兩部分平滑對接，其上擱有兩根導(dǎo)體棒a、b,b垂直于水平導(dǎo)軌放置，a垂直于傾斜導(dǎo)軌放置，已知細(xì)導(dǎo)體棒a和b質(zhì)量均為0.20kg，在導(dǎo)軌間部分的電阻均為0.15Ω,a棒從斜軌上高為0.50m處無初速釋放，而b棒始終被拴接在距ST線1m處不動(dòng)。求：（1）此后過程中，回路的最大電流是多少？（2）a棒下滑后會(huì)與b棒相撞嗎？請寫出你的論證過程。,,,a棒在沒有磁場的傾斜軌道上下滑時(shí)，機(jī)械能守恒，進(jìn)入水平軌道時(shí)a棒的速度vm，,解:（1）,此時(shí)a棒速度最大，進(jìn)入磁場切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大:,（2）不會(huì)。,a棒減速到零時(shí)，－BiL△t=－mvm,解得x=2/3m<1m,,,046.南京市2008屆第一次模擬考試17,17．（本題12分）如圖，豎直放置的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距L，在M點(diǎn)和P點(diǎn)間接一個(gè)阻值為R的電阻，在兩導(dǎo)軌間OO1O1O矩形區(qū)域內(nèi)有垂直導(dǎo)軌平面向里、寬為d的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．一質(zhì)量為m，電阻為r的導(dǎo)體棒ab垂直擱在導(dǎo)軌上，與磁場上邊邊界相距d0．現(xiàn)使ab棒由靜止開始釋放，棒ab在離開磁場前,已經(jīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)（棒ab與導(dǎo)軌始終保持良好的電接觸且下落過程中始終保持水平，導(dǎo)軌電阻不計(jì)）．求：（1）棒ab在離開磁場下邊界時(shí)的速度;（2）棒ab在通過磁場區(qū)的過程中產(chǎn)生的焦耳熱；（3）試分析討論ab棒在磁場中可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)情況．,,,（1）設(shè)ab棒離開磁場邊界前做勻速運(yùn)動(dòng)的速度為v，產(chǎn)生的電動(dòng)勢為,解：,E=BLv,電路中電流,對ab棒，由平衡條件得mg－BIL=0,解得,(2)由能量守恒定律：,解得,,,,（3）設(shè)棒剛進(jìn)入磁場時(shí)的速度為v0，,由，得,棒在磁場中勻速時(shí)速度為,則,1.當(dāng)v0=v，即時(shí)，棒進(jìn)入磁場后做勻速直線運(yùn)動(dòng),2.當(dāng)v0下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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