專題電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題

關(guān)于專題電磁感應(yīng)中的動力學(xué)和能量問題第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日2.安培力的方向判斷3.牛頓第二定律及功能關(guān)系第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日4．兩大研究對象及其關(guān)系 電磁感應(yīng)中導(dǎo)體棒既可看作電學(xué)對象(因為它相當(dāng)于電源)，又可看作力學(xué)對象(因為感應(yīng)電流產(chǎn)生安培力)，而感應(yīng)電流I和導(dǎo)體棒的速度v則是聯(lián)系這兩大對象的紐帶：第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日例1.如圖所示，光滑斜面的傾角α＝30°，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長L1＝1m，bc邊的邊長L2＝0.6m，線框的質(zhì)量m＝1kg，電阻R＝0.1Ω，線框通過細線與重物相連，重物質(zhì)量M＝2kg，斜面上ef(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝0.5T，如果線框從靜止開始運動，進入磁場的最初一段時間做勻速運動，ef和gh的距離s＝11.4m，(取g＝10m/s2)，求：(1)線框進入磁場前重物的加速度；(2)線框進入磁場時勻速運動的速度v；(3)ab邊由靜止開始到運動到gh處所用的時間t；(4)ab邊運動到gh處的速度大小及在線框由靜止開始運動到gh處的整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱．第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日(1)線框進入磁場前重物的加速度(2)線框進入磁場時勻速運動的速度v(3)ab邊由靜止開始到運動到gh處所用的時間t第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日(4)ab邊運動到gh處的速度大小及在線框由靜止開始運動到gh處的整個過程中產(chǎn)生的焦耳熱第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日二、電磁感應(yīng)中的能量問題

1．電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化2．求解焦耳熱Q的三種方法第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日例2.間距為L＝2m的足夠長的金屬直角導(dǎo)軌如圖4甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面．質(zhì)量均為m＝0.1kg的金屬細桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直放置形成閉合回路．桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，導(dǎo)軌的電阻不計，細桿ab、cd的電阻分別為R1＝0.6Ω，R2＝0.4Ω.整個裝置處于磁感應(yīng)強度大小為B＝0.50T、方向豎直向上的勻強磁場中(圖中未畫出)．當(dāng)ab在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌勻加速運動時，cd桿也同時從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運動．測得拉力F與時間t的關(guān)系如圖乙所示．g＝10m/s2.第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日分析：ab由靜止開始運動，即t=0時F=1.5NFA=0.（ab勻加速運動）×10-1第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日(2)求當(dāng)cd桿達到最大速度時ab桿的速度大小×fmgFAN(3)若從開始到cd桿達到最大速度的過程中拉力F做了5.2J的功，通過cd桿橫截面的電荷量為2C，求該過程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日3.如圖所示，足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ豎直放置，一勻強磁場垂直穿過導(dǎo)軌平面，導(dǎo)軌的上端M與P間連接阻值為R＝0.40Ω的電阻，質(zhì)量為m＝0.01kg、電阻為r＝0.30Ω的金屬棒ab緊貼在導(dǎo)軌上．現(xiàn)使金屬棒ab由靜止開始下滑，其下滑距離與時間的關(guān)系如下表所示，導(dǎo)軌電阻不計，重力加速度g取10m/s2.試求：時間t(s)00.10.20.30.40.50.60.7下滑距離s(m)00.10.30.71.42.12.83.5(1)當(dāng)t＝0.7s時，重力對金屬棒ab做功的功率；(2)金屬棒ab在開始運動的0.7s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱；(3)從開始運動到t＝0.4s的時間內(nèi)，通過金屬棒ab的電荷量．第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日(1)當(dāng)t＝0.7s時，重力對金屬棒ab做功的功率(2)金屬棒ab在開始運動的0.7s內(nèi)，電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱(3)從開始運動到t＝0.4s的時間內(nèi)，通過金屬棒ab的電荷量第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日4.某興趣小組設(shè)計了一種發(fā)電裝置，如圖所示．在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區(qū)域的圓心角α均為4π/9，磁場均沿半徑方向．匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長ab＝cd＝L、bc＝ad＝2L.線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動，bc邊和ad邊同時進入磁場．在磁場中，兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強度大小均為B，方向始終與兩邊的運動方向垂直．線圈的總電阻為r，外接電阻為R.求：(1)線圈切割磁感線時，感應(yīng)電動勢的大小Em；(2)線圈切割磁感線時，bc邊所受安培力的大小F；(3)外接電阻上電流的有效值I.第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日5．(單選)如圖所示，邊長為L的正方形導(dǎo)線框質(zhì)量為m，由距磁場H＝4L/3高處自由下落，其下邊ab進入勻強磁場后，線圈開始做減速運動，直到其上邊cd剛剛穿出磁場時，速度減為ab邊進入磁場時的一半，磁場的寬度也為L，則線框穿越勻強磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為

(

)．A．2mgL B.10mgL/3

C．3mgL D.7mgL/3第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日6．(單選)如圖所示，足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置，且都傾斜著與水平面成夾角θ.在導(dǎo)軌的最上端M、P之間接有電阻R，不計其他電阻．導(dǎo)體棒ab從導(dǎo)軌的最底端沖上導(dǎo)軌，當(dāng)沒有磁場時，ab上升的最大高度為H；若存在垂直導(dǎo)軌平面的勻強磁場時，ab上升的最大高度為h.在兩次運動過程中ab都與導(dǎo)軌保持垂直，且初速度都相等．關(guān)于上述情景，下列說法正確的是(

)．B第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日7．(多選)如圖甲所示，在豎直方向上有四條間距相等的水平虛線L1、L2、L3、L4，在L1L2之間、L3L4之間存在勻強磁場，大小均為1T，方向垂直紙面向里．現(xiàn)有一矩形線圈abcd，寬度cd＝0.5m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為2Ω，將其從圖示位置靜止釋放(cd邊與L1重合)，速度隨時間的變化關(guān)系如圖乙所示，t1時刻cd邊與L2重合，t2時刻ab邊與L3重合，t3時刻ab邊與L4重合，已知t1～t2的時間間隔為0.6s，整個運動過程中線圈平面始終處于豎直方向．重力加速度g取10m/s2，則(

)．A．在0～t1時間內(nèi)，通過線圈的電荷量為0.25CB．線圈勻速運動的速度大小為8m/sC．線圈的長度為1mD．0～t3時間內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為4.2JAB第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日dabcdabct1dabct2第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日8.如圖所示，兩條平行導(dǎo)軌所在平面與水平地面的夾角為θ，間距為L.導(dǎo)軌上端接有一平行板電容器，電容為C.導(dǎo)軌處于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌平面．在導(dǎo)軌上放置一質(zhì)量為m的金屬棒，棒可沿導(dǎo)軌下滑，且在下滑過程中保持與導(dǎo)軌垂直并良好接觸．已知金屬棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ，重力加速度大小為g.忽略所有電阻．讓金屬棒從導(dǎo)軌上端由靜止開始下滑，求：(1)電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關(guān)系；(2)金屬棒的速度大小隨時間變化的關(guān)系．第十八頁，共二十