高中物理电磁感应经典计算题.pptx

第1页/共39页2、如图所示，两平行金属导轨间的距离、如图所示，两平行金属导轨间的距离L=0.40m，金属导轨所在的平面与，金属导轨所在的平面与水平面夹角水平面夹角=37，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B=0.50T、方向、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势垂直于导轨所在平面的匀强磁场。金属导轨的一端接有电动势E=4.5V、内、内阻阻r=0.50的直流电源。现把一个质量的直流电源。现把一个质量m=0.04kg的导体棒的导体棒ab放在金属导轨放在金属导轨上，导体棒静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导上，导体棒静止。导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻轨接触的两点间的电阻R0=2.5，金属导轨的其它电阻不计，金属导轨的其它电阻不计，g取取10m/s2。已知已知sin37=0.60，cos37=0.80，试求：，试求：（1）通过导体棒的电流；）通过导体棒的电流；（2）导体棒受到的安培力大小、方向；）导体棒受到的安培力大小、方向；（3）导体棒受到的摩擦力的大小。）导体棒受到的摩擦力的大小。第2页/共39页3、如图，平行金属导轨、如图，平行金属导轨MN、PQ倾斜与水平面成倾斜与水平面成30角放置，其电阻不角放置，其电阻不计，相距为计，相距为l0.2m导轨顶端与电阻导轨顶端与电阻R相连，相连，.在在导轨上垂直导轨水平放置一根质量为导轨上垂直导轨水平放置一根质量为m=410-2kg、电阻为、电阻为的金属棒的金属棒ab.ab距离导轨顶端距离导轨顶端d0.2m，导体棒与导轨的动摩擦因数，导体棒与导轨的动摩擦因数；在装置所在区域加一个垂直导轨平面，方向如图的磁场，磁感应强度；在装置所在区域加一个垂直导轨平面，方向如图的磁场，磁感应强度B=（0.2+0.5t）T，g取取10m/s2第3页/共39页（1）若导体棒静止，求通过电阻的电流）若导体棒静止，求通过电阻的电流（2）何时释放导体棒，释放时导体棒处于平衡状态？）何时释放导体棒，释放时导体棒处于平衡状态？（3）若）若t0时刻磁感应强度时刻磁感应强度B0=0.2T，此时释放，此时释放ab棒，要保证其以棒，要保证其以a2.5m/s2的加速度沿导轨向下做初速为零的匀加速直线运动，求磁感应强度的加速度沿导轨向下做初速为零的匀加速直线运动，求磁感应强度B应该如何随时间变化，写出其表达式应该如何随时间变化，写出其表达式第4页/共39页4、如图甲所示，质量为、如图甲所示，质量为m的导体棒的导体棒ab，垂直放在相距为，垂直放在相距为l的平行光滑金属的平行光滑金属轨道上导轨平面与水平面间的夹角轨道上导轨平面与水平面间的夹角=30，图中间距为，图中间距为d的两虚线和导轨的两虚线和导轨围成一个矩形区域，区域内存在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场导围成一个矩形区域，区域内存在方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场导轨上端通过一个电流传感器轨上端通过一个电流传感器A连接一个定值电阻，回路中定值电阻除外的连接一个定值电阻，回路中定值电阻除外的其余电阻都可忽略不计用一平行于导轨的恒定拉力拉着棒，使棒从距离其余电阻都可忽略不计用一平行于导轨的恒定拉力拉着棒，使棒从距离磁场区域为磁场区域为d处由静止开始沿导轨向上运动，当棒运动至磁场区域上方某位处由静止开始沿导轨向上运动，当棒运动至磁场区域上方某位置时撤去拉力棒开始运动后，传感器记录到回路中的电流置时撤去拉力棒开始运动后，传感器记录到回路中的电流I随时间随时间t变化变化的的I t图象如图乙所示已知重力加速度为图象如图乙所示已知重力加速度为g，导轨足够长，导轨足够长第5页/共39页求：（1）拉力F的大小和匀强磁场的磁感应强度B的大小（2）定值电阻R的阻值（3）拉力F作用过程棒的位移x第6页/共39页5、如图所示，倾斜角、如图所示，倾斜角=30的光滑倾斜导体轨道（足够长）与光滑水平导的光滑倾斜导体轨道（足够长）与光滑水平导体轨道连接轨道宽度均为体轨道连接轨道宽度均为L=1m，电阻忽略不计匀强磁场，电阻忽略不计匀强磁场I仅分布在水仅分布在水平轨道平面所在区域，方向水平向右，大小平轨道平面所在区域，方向水平向右，大小B1=1T；匀强磁场；匀强磁场II仅分布在仅分布在倾斜轨道平面所在区域，方向垂直于倾斜轨道平面向下，大小倾斜轨道平面所在区域，方向垂直于倾斜轨道平面向下，大小B2=1T现现将两质量均为将两质量均为m=0.2kg，电阻均为，电阻均为R=0.5的相同导体棒的相同导体棒ab和和cd，垂直于，垂直于轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道上，并同时由静止释放取轨道分别置于水平轨道上和倾斜轨道上，并同时由静止释放取g=10m/s2（1）求导体棒）求导体棒cd沿斜轨道下滑的最大速度的大小；沿斜轨道下滑的最大速度的大小；（2）若已知从开始运动到）若已知从开始运动到cd棒达到最大速度的过程中，棒达到最大速度的过程中，ab棒产生的焦耳棒产生的焦耳热热Q=0.45J，求该过程中通过，求该过程中通过cd棒横截面的电荷量；棒横截面的电荷量；第7页/共39页（3）若已知cd棒开始运动时距水平轨道高度h=10m，cd棒由静止释放后，为使cd棒中无感应电流，可让磁场的磁感应强度随时间变化，将cd棒开始运动的时刻记为t=0，此时磁场的磁感应强度为B0=1T，试求cd棒在倾斜轨道上下滑的这段时间内，磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系式第8页/共39页6、如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨、如图所示，两足够长的平行光滑的金属导轨MN、PQ相距为相距为L1m，导轨平面与水平面夹角导轨平面与水平面夹角30，导轨电阻不计。磁感应强度为，导轨电阻不计。磁感应强度为B12T的匀的匀强磁场垂直导轨平面向上，长为强磁场垂直导轨平面向上，长为L1m的金属棒的金属棒ab垂直于垂直于MN、PQ放置在放置在导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为导轨上，且始终与导轨接触良好，金属棒的质量为m12kg、电阻为、电阻为R11。两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中通过导线接一对水平放置的。两金属导轨的上端连接右侧电路，电路中通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离和板长均为平行金属板，两板间的距离和板长均为d0.5m，定值电阻为，定值电阻为R2=3，现，现闭合开关闭合开关S并将金属棒由静止释放，取并将金属棒由静止释放，取g=10m/s2，求：，求：（1）金属棒下滑的最大速度为多大？）金属棒下滑的最大速度为多大？（2）当金属棒下滑达到稳定状态时，整个电路消耗的电功率）当金属棒下滑达到稳定状态时，整个电路消耗的电功率P为多少？为多少？第9页/共39页（3）当金属棒稳定下滑时，在水平放置的平行金属间加一垂直于纸面向里的匀强磁场B23T，在下板右端且非常靠近下板的位置处有一质量为m2=3104kg、所带电荷量为q-1104C的液滴以初速度v水平向左射入两板间，该液滴可视为质点。要使带电粒子能从金属板间射出，初速度v应满足什么条件？第10页/共39页7、随着科学技术的发展，磁动力作为一种新型动力系统已经越越多的应用、随着科学技术的发展，磁动力作为一种新型动力系统已经越越多的应用于现代社会，如图所示为电磁驱动装置的简化示意图，两根平行长直金属于现代社会，如图所示为电磁驱动装置的简化示意图，两根平行长直金属导轨倾斜放置，导轨平面与水平面的夹角为导轨倾斜放置，导轨平面与水平面的夹角为q，导轨的间距为，导轨的间距为L，两导轨上，两导轨上端之间接有阻值为端之间接有阻值为R的电阻。质量为的电阻。质量为m的导体棒的导体棒ab垂直跨接在导轨上，接垂直跨接在导轨上，接触良好，导体棒与导轨间的动摩擦因数为触良好，导体棒与导轨间的动摩擦因数为=tan，导轨和导体棒的电阻均，导轨和导体棒的电阻均不计，且在导轨平面上的矩形区域（如图中虚线框所示）内存在着匀强磁不计，且在导轨平面上的矩形区域（如图中虚线框所示）内存在着匀强磁场，磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度的大小为场，磁场方向垂直导轨平面向上，磁感应强度的大小为B。（导体棒在运动。（导体棒在运动过程中始终处于磁场区域内）过程中始终处于磁场区域内）（1）若磁场保持静止，导体棒在外力的作用下以速度）若磁场保持静止，导体棒在外力的作用下以速度v0沿导轨匀速向下运沿导轨匀速向下运动，求通过导体棒动，求通过导体棒ab的电流大小和方向；的电流大小和方向；第11页/共39页（2）当磁场以某一速度沿导轨平面匀速向上运动时，可以使导体棒以速度V0沿斜面匀速向上运动，求磁场运动的速度大小；（3）为维持导体棒以速度v0沿斜面匀速向上运动，外界必须提供能量，此时系统的效率为多少。（效率是指有用功率对驱动功率或总功率的比值）第12页/共39页8、相距、相距L1.5m的足够长金属导轨竖直放置，质量为的足够长金属导轨竖直放置，质量为m11kg金属棒金属棒ab和和质量为质量为m20.27kg的金属棒的金属棒cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上，均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上，如图（如图（a）。虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，）。虚线上方磁场方向垂直纸面向里，虚线下方磁场方向竖直向下，两处磁场磁感应强度大小相同。两处磁场磁感应强度大小相同。ab棒光滑，棒光滑，cd棒与导轨间动摩擦因数为棒与导轨间动摩擦因数为0.75，两棒总电阻为，两棒总电阻为1.8，导轨电阻不计。，导轨电阻不计。ab棒在方向竖直向上，大小棒在方向竖直向上，大小按图（按图（b）规律变化的外力）规律变化的外力F作用下，从静止开始，沿导轨匀加速运动，同作用下，从静止开始，沿导轨匀加速运动，同时时cd棒也由静止释放。棒也由静止释放。第13页/共39页求出磁感应强度B的大小和ab棒加速度的大小；已知在2s内外力F做功40J，求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热；判断cd棒将做怎样的运动，求出cd棒达到最大速度所需的时间t0，并在图（c）中定性画出cd棒所受摩擦力fcd随时间变 化的图像。第14页/共39页9、如图所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的正方形单匝铜线框，为、如图所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的正方形单匝铜线框，为了检测出个别未闭合的不合格线框，让线框随传送带通过一固定匀强磁场了检测出个别未闭合的不合格线框，让线框随传送带通过一固定匀强磁场区域（磁场方向垂直于传送带平面向下），观察线框进入磁场后是否相对区域（磁场方向垂直于传送带平面向下），观察线框进入磁场后是否相对传送带滑动就能够检测出未闭合的不合格线框。已知磁场边界传送带滑动就能够检测出未闭合的不合格线框。已知磁场边界MN、PQ与与传送带运动方向垂直，传送带运动方向垂直，MN与与PQ间的距离为间的距离为d，磁场的磁感应强度为，磁场的磁感应强度为B。各。各线框质量均为线框质量均为m，电阻均为，电阻均为R，边长均为，边长均为L（Ld)；传送带以恒定速度；传送带以恒定速度v0向右运动，线框与传送带间的动摩擦因数为向右运动，线框与传送带间的动摩擦因数为，重力加速度为，重力加速度为g。线框在进。线框在进入磁场前与传送带的速度相同，且右侧边平行于入磁场前与传送带的速度相同，且右侧边平行于MN进入磁场，当闭合线框进入磁场，当闭合线框的右侧边经过边界的右侧边经过边界PQ时又恰好与传送带的速度相同。设传送带足够长，且时又恰好与传送带的速度相同。设传送带足够长，且在传送带上始终保持右侧边平行于磁场边界。对于闭合线框，求：在传送带上始终保持右侧边平行于磁场边界。对于闭合线框，求：第15页/共39页（1）线框的右侧边刚进入磁场时所受安培力的大小；（2）线框在进入磁场的过程中运动加速度的最大值以及速度的最小值；（3）从线框右侧边刚进入磁场到穿出磁场后又相对传送带静止的过程中，传送带对该闭合铜线框做的功。第16页/共39页10、如图所示，边长为、如图所示，边长为L的正方形导线框的正方形导线框abcd，质量为，质量为m、电阻为、电阻为R，垂直，垂直纸面向外的匀强磁场区域宽度为纸面向外的匀强磁场区域宽度为H（HL）线框竖直上抛，）线框竖直上抛，cd边以边以V0的的速度向上进入磁场，经一段时间，速度向上进入磁场，经一段时间，ab边以边以V0/2的速度离开磁场，再上升的速度离开磁场，再上升一段高度，然后落下并匀速进入磁场不计空气阻力，整个运动过程中线一段高度，然后落下并匀速进入磁场不计空气阻力，整个运动过程中线框不转动求线框框不转动求线框（1）ab边向上离开磁场时的安培力；边向上离开磁场时的安培力；（2）向上通过磁场的过程中产生的焦耳热；）向上通过磁场的过程中产生的焦耳热；（3）向上完全进入磁场过程中所通过横截面的电荷量）向上完全进入磁场过程中所通过横截面的电荷量第17页/共39页11、一边长为、一边长为L的正方形闭合金属导线框，其质量为的正方形闭合金属导线框，其质量为m，回路电阻为，回路电阻为R.图中图中M、N、P为磁场区域的边界，且均为水平，上下两部分磁场的磁感应强度为磁场区域的边界，且均为水平，上下两部分磁场的磁感应强度均为均为B，方向如图所示，方向如图所示.图示位置线框的底边与图示位置线框的底边与M重合重合.现让线框由图示位现让线框由图示位置由静止开始下落，线框在穿过置由静止开始下落，线框在穿过N和和P两界面的过程中均为匀速运动两界面的过程中均为匀速运动.若已若已知知M、N之间的高度差为之间的高度差为h1，h2L.线框下落过程中线框平面始终保持竖直，线框下落过程中线框平面始终保持竖直，底边结终保持水平，重力加速度为底边结终保持水平，重力加速度为g.求：求：（1）N与与P之间的高度差之间的高度差h2；（2）在整个运动过程中，线框中产生的焦耳热）在整个运动过程中，线框中产生的焦耳热.第18页/共39页参考答案参考答案第19页/共39页第20页/共39页第21页/共39页第22页/共39页第23页/共39页第24页/共39页第25页/共39页第26页/共39页第27页/共39页第28页/共39页第29页/共39页第30页/共39页第31页/共39页第32页/共39页第33页/共39页第34页/共39页第35页/共39页第36页/共39页第37页/共39页第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页