物理選修3-2經(jīng)典例題

1、精品文檔物理選修3-2經(jīng)典例題解析例1 :如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)固定。條形磁鐵 s極向下以初速度 vo沿過(guò)導(dǎo)體環(huán)圓心的豎直線下落過(guò)程，導(dǎo)體環(huán)中的感應(yīng)電流方向 如何？解：從“阻礙磁通量變化”來(lái)看，當(dāng)條形磁鐵的中心恰好位于線圈m所在的水平面時(shí)，磁鐵內(nèi)部向上的磁感線都穿過(guò)了線圈， 而磁鐵外部向下穿過(guò)線圈的 磁通量最少，所以此時(shí)刻穿過(guò)線圈 m的磁通量最大。因此全過(guò)程中原磁場(chǎng)方向 向上，先增后減，感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向先下后上，感應(yīng)電流先順時(shí)針后逆時(shí)針。從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”來(lái)看，線圈對(duì)應(yīng)該是先排斥（靠近階段）后吸引（遠(yuǎn)離 階段），把條形磁鐵等效為螺線管，該螺線管中的電流是從上向下看逆時(shí)針?lè)较?的，根據(jù)“同向電流互

2、相吸引，反向電流互相排斥”，感應(yīng)電流方向應(yīng)該是先順 時(shí)針后逆時(shí)針的，與前一種方法的結(jié)論相同。例2:如圖所示，絕緣水平面上有兩個(gè)離得很近的導(dǎo)體環(huán) a、bo將條形磁鐵沿它們的正中向下移動(dòng)（不到達(dá)該平面），a、b將如何移動(dòng)？解：1g據(jù)二bs,磁鐵向下移動(dòng)過(guò)程中，b增大，所以穿過(guò)每個(gè)環(huán)中的磁通 量都有增大的趨勢(shì)，由于s不可改變，為阻礙增大，導(dǎo)體環(huán)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離磁鐵， 所以a、b將相互遠(yuǎn)離。例3、如圖4所示，條形磁鐵放在光滑的斜面上，用平行于斜面的輕彈簧拉住而隨意編輯平衡，a為水平放置的直導(dǎo)線的截面，導(dǎo)線中無(wú)電流時(shí)，磁鐵對(duì)斜面的壓力為n1,當(dāng)導(dǎo)線中有電流流過(guò)時(shí)，磁鐵對(duì)斜面的壓力為n2,此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量減小

3、則（）a. n 1 n2, a中電流方向向內(nèi)b. n1 n2, a中電流方向向內(nèi)d. n1n2, a中電流方向向外解：彈簧縮短了，說(shuō)明磁鐵和通電導(dǎo)線間的作用力為斥力， 所以磁鐵和斜面間的彈力變大，根據(jù)磁鐵的磁場(chǎng)分布和左手定則， 可以判定出電流向里，故選擇a.例4：如圖所示，豎直放置的 u形導(dǎo)軌寬為l,上端串有電阻 r （其余導(dǎo)體部分的電阻都忽略不計(jì)）。磁感應(yīng)強(qiáng)度為 b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外。金屬棒 ab的質(zhì)量為 m ,與導(dǎo)軌接觸良好，不計(jì)摩擦。從靜止釋放后 ab保持水平而下滑。試求 ab下滑的最大速度 vm解：釋放瞬間ab只受重力，開(kāi)始向下加速運(yùn)動(dòng)。隨著速度的增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e、感應(yīng)電流

4、i、安培力f都隨之增大，加速度隨之減小。當(dāng)f增大到f=mg時(shí)，加速度變?yōu)榱?，這時(shí) ab達(dá)到最大速度。_ 2 2b l vmmg ,可得vmmgrb2l2這道題也是一個(gè)典型的習(xí)題。要注意該過(guò)程中的功能關(guān)系：重力做功的過(guò)程是重力勢(shì)能向動(dòng)能和電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程；安培力做功的過(guò)程是機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程； 合外力（重力 和安培力）做功的過(guò)程是動(dòng)能增加的過(guò)程； 電流做功的過(guò)程是電能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化的過(guò)程。 達(dá)到 穩(wěn)定速度后，重力勢(shì)能的減小全部轉(zhuǎn)化為電能， 電流做功又使電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 這時(shí)重 力的功率等于電功率也等于熱功率。進(jìn)一步討論：如果在該圖上端電阻白右邊串聯(lián)接一只電鍵，讓ab下落一段距離后再閉合電鍵，那

5、么閉合電鍵后ab的運(yùn)動(dòng)情況又將如何？（無(wú)論何時(shí)閉合電鍵，ab可能先加速后勻速，也可能先減速后勻速， 還可能閉合電鍵后就開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng)，但最終穩(wěn)定后的速度總是一樣的）。例5：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)為它們圍成的矩形邊長(zhǎng)分別為 li、匕，回路的總電阻為 ro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(chǎng)b=kt, （k0 ）那么在t為多大時(shí)，金屬棒開(kāi) 始移動(dòng)？解：由e =klil2可知，回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定的，電流大小也是恒定的，但 t由于安培力 f=bil8b=kt8t,所以安培力將隨時(shí)間而增大。當(dāng)安培力增大到等于

6、最大靜摩擦力時(shí)，ab將開(kāi)始向左移動(dòng)。這時(shí)有： kt l1 % l2mg,tzmg，dl .wxv-xx wx 一x 二 x一2 3.- - 41 r %k2l2l2例6：如圖所示，矩形線圈 abcd質(zhì)量為m,寬為d,在豎直平面內(nèi)由靜止自由下落。 其下方有如圖方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)上、下邊界水平，寬度也為 d,線圈ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)就開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)，那么在線圈穿越磁場(chǎng)的全過(guò)程，產(chǎn)生了多少電熱？解：ab剛進(jìn)入磁場(chǎng)就做勻速運(yùn)動(dòng)， 說(shuō)明安培力與重力剛好平衡，在下落2d的過(guò)程中，重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為電能，電能又全部轉(zhuǎn)化為電熱，所以產(chǎn)生電熱q=2 mgd 。例7： 一飛機(jī)在北半球的上空以速度v水平飛行，飛機(jī)機(jī)身

7、長(zhǎng)為a,翼展為b;該空間地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度白水平分量為b1,豎直分量為 b2;駕駛員左側(cè)機(jī)翼的端點(diǎn)用a表示，右側(cè)機(jī)翼的端點(diǎn)用 b表示，用e表示飛機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則（ d ）a.e=b1vb ,且a點(diǎn)電勢(shì)低于 b點(diǎn)電勢(shì)b.b.e=b1vb ,且a點(diǎn)電勢(shì)高于 b點(diǎn)電勢(shì)c.c.e=b2vb ,且a點(diǎn)電勢(shì)低于 b點(diǎn)電勢(shì)d.d.e=b2vb ,且a點(diǎn)電勢(shì)高于 b點(diǎn)電勢(shì)例8:如圖所示，水平面上固定有平行導(dǎo)軌，磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向下。同種合金做的導(dǎo)體棒ab、cd橫截面積之比為2 ： 1 ,長(zhǎng)度和導(dǎo)軌的寬均為 l, ab的質(zhì)量為m，電阻為r,開(kāi)始時(shí)ab、cd都垂直于導(dǎo)軌靜止，不 計(jì)摩擦。給ab

8、 一個(gè)向右的瞬時(shí)沖量 i,在以后的運(yùn)動(dòng)中，cd的最大速度vm、最大加速度 am、產(chǎn)生的電熱各是多少?解：給ab沖量后，ab獲得速度向右運(yùn)動(dòng)，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流， cd受安培力作用而加速，ab受安培力而減速；當(dāng)兩者速度相等時(shí)，都開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng)。所以開(kāi)始時(shí)cd的加速度最大，最終cd的速度最大。全過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)能的損失都轉(zhuǎn)化為電能，電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。由于ab、cd橫截面積之比為 2 ： 1 ,所以電阻之比為1 ： 2,根據(jù)q=i 2rt“r,所以cd上產(chǎn)生的電熱應(yīng)該是回路中產(chǎn)生的全部電熱的2/3。又根據(jù)已知得 ab的初速度為vi=i/m ,2.2.因此有：e blv1,1 -,f bli,am ，解得a

9、m 型導(dǎo)。最后的共同速度為 r 2rm/23m rvm=2 1/3m,系統(tǒng)動(dòng)能損失為 aek=i 2/ 6m,其中cd上產(chǎn)生電熱 q=i 2/ 9m例 9、如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一質(zhì)量為 m、阻值為r的閉合矩形金屬線框 abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在。點(diǎn)，并可繞。點(diǎn)擺動(dòng)。金屬線框從右側(cè)某一位置靜止開(kāi)始釋放，在擺動(dòng)到左側(cè)最高點(diǎn)的過(guò)程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面。則線框中感應(yīng)電流的方向是a. a b c d ab. d c b a dc b a d ,后是 a b c d a b c d a,后是d“減同”可知電流【解析】由楞次定律，一開(kāi)始

10、磁通量減小，后來(lái)磁通量增大，由“增反” 方向是d c b a d例10 :通過(guò)某電阻的周期性交變電流的圖象如右。求該交流電的有效值i。解：該交流周期為 t=0.3s ,前ti=0.2s為恒定電流ii=3a ,后t2=0.1s為恒定電流i2= -6a ,因此這一個(gè)周期內(nèi)電流做的功可以求出來(lái)，根據(jù)有效值的定義，設(shè)有效值為i,根據(jù)定義有:i2rt=ii2rti+ l22rt2 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：i=3 u2a例11 ：某小型水電站的電能輸送示意圖如下。發(fā)電機(jī)的輸出電壓為200v ,輸電線總電阻為r,升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為 n, n2。降壓變壓器原副線匝數(shù)分別為a3、n4 （變壓器均為理想變壓器）。要使額定電壓為 220v的用電器正常工作，則（a.ni用升壓費(fèi)壓器降壓荽壓器b.nic.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓d.升壓變壓器的輸出功率大于降壓變