电磁感应与力学综合精.ppt

电磁感应与力学综合第1页，本讲稿共15页电磁感应与力学综合第2页，本讲稿共15页1 1、在一磁感应强度、在一磁感应强度B=0.5TB=0.5T的匀强磁场中的匀强磁场中,垂直于磁场方向垂直于磁场方向水平放置着两根相距为水平放置着两根相距为h=0.1mh=0.1m的平行金属导轨的平行金属导轨MNMN与与PQ,PQ,导导轨的电阻忽略不计轨的电阻忽略不计,在两根导轨的端点在两根导轨的端点N N、Q Q之间连接一阻之间连接一阻值值R=0.3R=0.3的电阻，导轨上跨放着一根长为的电阻，导轨上跨放着一根长为L=0.2m,L=0.2m,每米长每米长电阻电阻r=2.0/mr=2.0/m的金属棒的金属棒abab。金属棒与导轨正交放置，交。金属棒与导轨正交放置，交点为点为c c、d d。当金属棒以速度。当金属棒以速度v=4.0m/sv=4.0m/s向右做匀速运动时，向右做匀速运动时，试求：试求：（1 1）电阻）电阻R R中的电流强度大小和方向中的电流强度大小和方向（2 2）使金属棒做匀速运动的外力）使金属棒做匀速运动的外力（3 3）金属棒）金属棒abab两端点间的电势差两端点间的电势差dNQRabcMPhv0.4A R0.4A R中电流中电流方向从方向从N N流向流向Q Q0.02N0.02N0.32V0.32V第3页，本讲稿共15页2 2、如图所示，放置于水平面上两根导轨间的距离为、如图所示，放置于水平面上两根导轨间的距离为d=0.5m,d=0.5m,金属细杆金属细杆abab垂直放在导轨上，与导轨之间的最垂直放在导轨上，与导轨之间的最大静摩擦为大静摩擦为fm=0.4Nfm=0.4N，导轨的另一端用直导线相连，形，导轨的另一端用直导线相连，形成一个恰似矩形的闭合回路，导轨长成一个恰似矩形的闭合回路，导轨长L=0.8mL=0.8m，电路中，电路中只有只有abab有电阻，有电阻，R=0.2R=0.2，整个装置处于竖直向下的匀，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，如果磁感应强度从强磁场中，如果磁感应强度从B0=1TB0=1T瞬间开始以瞬间开始以0.2T/s0.2T/s的变化率均匀增加，求：的变化率均匀增加，求：（1 1）磁感应强度开始变化后，经过多长时间使）磁感应强度开始变化后，经过多长时间使abab开开 始运动？始运动？（2 2）abab杆运动前，回路中产生的热量是多少？杆运动前，回路中产生的热量是多少？（3 3）abab杆运动前，通过杆运动前，通过abab杆横截面的电荷量是多少？杆横截面的电荷量是多少？LB Babd5s5s0.16J0.16J2C2C第4页，本讲稿共15页3 3、在水平面上有一固定的、在水平面上有一固定的U U形金属框架，框金属杆形金属框架，框金属杆abab，如图，如图6 6所示所示(纸面即水平面纸面即水平面)，在垂直纸面方向有，在垂直纸面方向有一匀强磁场，则（一匀强磁场，则（）A.A.若磁场方向垂直纸面向外并增大，杆若磁场方向垂直纸面向外并增大，杆abab将向右移动将向右移动 B.B.若磁场方向垂直纸面向外并减少，杆若磁场方向垂直纸面向外并减少，杆abab将向左移动将向左移动 C.C.若磁场方向垂直纸面向里并增大，杆若磁场方向垂直纸面向里并增大，杆abab将向右移动将向右移动 D.D.若磁场方向垂直纸面向里并减少，杆若磁场方向垂直纸面向里并减少，杆abab将向右移将向右移D D第5页，本讲稿共15页4 4、如图示，一闭合的铜环从静止开始由高处下落通、如图示，一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下落，空气阻力不计，则在圆环的过条形磁铁后继续下落，空气阻力不计，则在圆环的运动过程中，下列说法正确的是运动过程中，下列说法正确的是：（：（）A.A.圆环在磁铁的上方时，加速度小于圆环在磁铁的上方时，加速度小于g g，在下方时大于在下方时大于g g，B.B.圆环在磁铁的上方时，加速度小于圆环在磁铁的上方时，加速度小于g g，在下方时也小于在下方时也小于g g，C.C.圆环在磁铁的上方时，加速度小于圆环在磁铁的上方时，加速度小于g g，在下方时等于在下方时等于g g，D.D.圆环在磁铁的上方时，加速度大于圆环在磁铁的上方时，加速度大于g g，在下方时小于在下方时小于g.g.SNB第6页，本讲稿共15页5、如图所示，空间有一个方向水平的有界磁、如图所示，空间有一个方向水平的有界磁场区域，一矩形导线框，自磁场上方某一高场区域，一矩形导线框，自磁场上方某一高度处自由下落，然后进入磁场，进入磁场度处自由下落，然后进入磁场，进入磁场时，导线框平面与磁场方向垂直，则在导线时，导线框平面与磁场方向垂直，则在导线框进入磁场的过程中不可能（框进入磁场的过程中不可能（）A.变加速下落变加速下落 B.变减速下落变减速下落C.匀速下落匀速下落 D.匀加速下落匀加速下落D D第7页，本讲稿共15页6 6、一个质量为、一个质量为m=0.5kgm=0.5kg，长为，长为L=0.5mL=0.5m、宽为、宽为d=0.1md=0.1m、电阻电阻R=0.1R=0.1的矩形线框，从离磁场区域高的矩形线框，从离磁场区域高h h1 1=5m=5m处自处自由下落，如图所示然后进入匀强磁场，刚进入时由于由下落，如图所示然后进入匀强磁场，刚进入时由于磁场力的作用，线框正好做匀速运动（磁场方向与线磁场力的作用，线框正好做匀速运动（磁场方向与线框平面垂直）。求：框平面垂直）。求：（1 1）磁场的磁感应强度）磁场的磁感应强度B B；（2 2）如果线框下边通过磁场所经历）如果线框下边通过磁场所经历 的时间为的时间为t=0.15st=0.15s，求磁场区域，求磁场区域 的高度的高度h h2 2L Ld dh h1 1h h2 2B=0.4TB=0.4Th h2 2=1.55m=1.55m第8页，本讲稿共15页7 7、如图、如图1 1所示，在竖直向下的磁感应强度为所示，在竖直向下的磁感应强度为B B的的匀强磁场中，有两根水平放置且足够长的平行匀强磁场中，有两根水平放置且足够长的平行金属导轨金属导轨abab、cdcd，在导轨的，在导轨的bcbc端连接一阻值为端连接一阻值为R R的电阻，一根质量为的电阻，一根质量为m m的金属棒的金属棒MNMN，垂直导轨放，垂直导轨放置，导轨和金属棒的电阻不计。金属棒与导轨置，导轨和金属棒的电阻不计。金属棒与导轨间的动摩擦因数为间的动摩擦因数为，若用恒力，若用恒力F F沿水平向右拉沿水平向右拉导体棒运动，求金属棒的最大速度。导体棒运动，求金属棒的最大速度。第9页，本讲稿共15页8、如图所示，有两根和水平方向成、如图所示，有两根和水平方向成角的光滑角的光滑平行的金属轨道，上端有可变电阻平行的金属轨道，上端有可变电阻R，下端足够，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为应强度为B，一质量为，一质量为m的金属杆从轨道上由静的金属杆从轨道上由静止滑下。止滑下。经过足够长的时间后，金属杆的速度经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋于一个最大速度会趋于一个最大速度vm，则，则 （）A.如果如果B增大，增大，vm将变大将变大B.如果如果增大，增大，vm将变大将变大 C.如果如果R增大，增大，vm将变大将变大D.如果如果m变小，变小，vm将变大将变大 第10页，本讲稿共15页1010、如图示，通电直导线、如图示，通电直导线cdcd右侧有一个金属框与导线在同一右侧有一个金属框与导线在同一平面内，金属棒平面内，金属棒abab放在框架上，放在框架上，ab ab 受磁场力向左，则受磁场力向左，则cd cd 中中电流变化的情况是：（电流变化的情况是：（）A.cdA.cd中通有由中通有由d c d c 方向逐渐减小的电流方向逐渐减小的电流B.cdB.cd中通有由中通有由d c d c 方向逐渐增大的电流方向逐渐增大的电流C.cdC.cd中通有由中通有由c d c d 方向逐渐增大的电流方向逐渐增大的电流D.cdD.cd中通有由中通有由c d c d 方向逐渐减小的电流方向逐渐减小的电流dcba解：解：感应电流的效果总要阻碍产生感应电流的原因感应电流的效果总要阻碍产生感应电流的原因 ab 受磁场力向左，则闭合电路的面积要减小，受磁场力向左，则闭合电路的面积要减小，由由=BS ，S减小则减小则 B要增要增大才能阻碍磁通量的变化，所大才能阻碍磁通量的变化，所以以cd中的电流增大，与电流的中的电流增大，与电流的方向无关。方向无关。B C第11页，本讲稿共15页例例4：如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度：如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T，并且以，并且以B/t=0.1T/S在变化在变化.水平轨道电水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽阻不计，且不计摩擦阻力，宽0.5m的导轨上放一电的导轨上放一电阻阻R0=0.1的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量为质量为M=0.2kg的重物，轨道左端连接的电阻的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4，图中的，图中的L=0.8m，求至少经过多长时间才，求至少经过多长时间才能吊起重物。能吊起重物。第12页，本讲稿共15页如图所示，一边长为如图所示，一边长为L的正方形金属框，质量为的正方形金属框，质量为m，电阻为电阻为R，用细线把它悬挂在一个有界的磁场边缘，用细线把它悬挂在一个有界的磁场边缘，金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外，磁金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外，磁场随时间均匀变化且满足场随时间均匀变化且满足Bkt规律已知细线所能规律已知细线所能承受的最大拉力承受的最大拉力T2mg，求从，求从t0时刻起，经多长时时刻起，经多长时间细线会被拉断间细线会被拉断 第13页，本讲稿共15页7 7、在如图、在如图4-424-42所示方向的匀强磁场中，水平横放一个所示方向的匀强磁场中，水平横放一个U U形光形光滑导体框框的电阻不计，滑导体框框的电阻不计，bcbc间接有电阻间接有电阻R R垂直框边放置垂直框边放置一根金属棒一根金属棒MNMN当用恒力当用恒力F F向右拉动金属棒时，对金属棒运向右拉动金属棒时，对金属棒运动情况的正确判断是动情况的正确判断是 A A始终向右作匀速直线运动始终向右作匀速直线运动B B始终向右作匀加速直线运动始终向右作匀加速直线运动C C先向右作匀加速直线运动，先向右作匀加速直线运动，后作匀速直线运动后作匀速直线运动D D先向右作变加速直线运动，先向右作变加速直线运动，后作匀速直线运动后作匀速直线运动 D第14页，本讲稿共15页由于磁场力阻碍着导体棒的切割运动，所以需不断地用外力克由于磁场力阻碍着导体棒的切割运动，所以需不断地用外力克服磁场力，在这个过程中，也就实现了把外力做的功（机械能）服磁场力，在这个过程中，也就实现了把外力做的功（机械能）转化为电能的过程上题中的过程在电磁感应现象中具有很普转化为电能的过程上题中的过程在电磁感应现象中具有很普遍的意义，应予以领会遍的意义，应予以领会 第15页，本讲稿共15页