届电磁感应导体线框类问题复习归类分析.docx
- 文档编号:30461733
- 上传时间:2023-08-15
- 格式:DOCX
- 页数:7
- 大小:23.18KB
届电磁感应导体线框类问题复习归类分析.docx
《届电磁感应导体线框类问题复习归类分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《届电磁感应导体线框类问题复习归类分析.docx(7页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
届电磁感应导体线框类问题复习归类分析
2011届二轮复习电磁感应—导体线框类问题归类分析近几年高考物理试卷和理科综合试卷,导体线框在磁场中运动常涉及力学和能量问题,可综合多个物理高考知识点.其特点是综合性强、物理过程复杂,有利于对学生综合运用所学的知识从多层面、多角度、全方位分析问题和解决问题的能力考查。
一、导体线框运动与图像综合例题1、如图所示,等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场,它的底边在x轴上且长为2L,高为L.纸面内一边长为L的正方形导框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过磁场区域,在t=0时刻恰好位于图中所示的位置.以顺时针方向为导线框中电流的正方向,在下面四幅图中能够正确表示电流—位移(I—x)关系的是()【解析】线框进入磁场的过程中,线框的右边做切割磁感线运动,产生感应电动势,从而在整个回路中产生感应电流,由于线框做匀速直线运动,且切割磁感线的有效长度不断增加,其感应电流的大小不断增加,由右手定则,可判定感应电流的方向是顺时针的;线框全部进入磁场后,线框的左边和右边同时切割磁感线,当x≤32L时,回路中的感应电流不断减小,由右手定则可判定感应电流的方向是顺时针;当32L C二、导体线框运动与电路综合例题2、用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示.在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是()A.Ua<Ub<Uc<UdB.Ua<Ub<Ud<UcC.Ua=Ub<Ud=UcD.Ub<Ua<Ud<Uc解析: 线框进入磁场后切割磁感线,a、b产生的感应电动势是c、d电动势的一半.而不同的线框的电阻不同.设a线框电阻为4r,b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r,则4343BLvrrBLvUa,,6565BLvrrBLvUb,23862BLvrrLvBUc.34642BlvrrLvBUd所以B正确.变式训练2、如图甲所示.空间有一宽为2L的匀强磁场区域,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外.abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框,总电阻值为R.线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域.在运动过程中,线框ab、cd两边始终与磁场边界平行.设线框刚进入磁场的位置x=0,x轴沿水平方向向右。 求: (1)cd边刚进入磁场时,ab两端的电势差,并指明哪端电势高; (2)线框穿过磁场的过程中,线框中产生的焦耳热;(3)在下面的乙图中,画出ab两端电势差Uab随距离变化的图象。 其中U0=BLv。 解析: (1)dc切割磁感线产生的感应电动势E=BLv回路中的感应电流RBLvIab两端的电势差BLvRIU4141b端电势高 (2)设线框从dc边刚进磁场到ab边刚进磁场所用时间为t由焦耳定律RtIQ22vtL求出RvLBQ322(3)ab两端电势差Uab随距离变化的图象三、导体线框运动与力学综合例题3、如图甲所示,ABCD为一足够长的光滑绝缘斜面,EFGH范围内存在方向垂直斜面的匀强磁场,磁场边界EF、HG与斜面底边AB平行.一正方形金属框abcd放在斜面上,ab边平行于磁场边界.现使金属框从斜面上某处由静止释放,金属框从开始运动到cd边离开磁场的过程中,其运动的v-t图象如图乙所示.已知金属框电阻为R,质量为m,重力加速度为g,图乙中金属框运动的各个时刻及对应的速度均为已知量,求: (1)斜面倾角的正弦值和磁场区域的宽度; (2)金属框cd边到达磁场边界EF前瞬间的加速度;(3)金属框穿过磁场过程中产生的焦耳热.解析 (1)由题图乙可知,在0~t1时间内金属框运动的加速度a1=v1t1设斜面的倾角为θ,金属框边长为l0,由牛顿第二定律有a1=gsinθ解得sinθ=v1gt1在t1~2t1时间内金属框匀速进入磁场,则l0=v1t1在2t1~3t1时间内,金属框运动位移s=3v1t12则磁场的宽度d=l0+s=5v1t12 (2)在t2时刻金属框cd边到达EF边界时的速度为v2,设此时加速度大小为a2,cd边切割磁场产生的电动势E=Bl0v2,受到的安培力F=BEl0R由牛顿第二定律F-mgsinθ=ma2金属框进入磁场时mgsinθ=B2v1l20R解得a2=v2-v1t1加速度方向沿斜面向上.(3)金属框从t1时刻进入磁场到t2时刻离开磁场的过程中,由功能关系得mg(d+l0)·sinθ=12mv22-12mv21+Q解得Q=4mv21-12mv22.变式训练3、如图所示,一边长L=0.2m、质量m1=0.5kg、电阻R=0.1Ω的正方形导体线框abcd,与一质量为m2=2kg的物块通过轻质细线跨过两定滑轮相连.起初ad边距磁场下边界为d1=0.8m,磁感应强度B=2.5T,磁场宽度d2=0.3m,物块放在倾角θ=53°的斜面上,物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5.现将物块由静止释放,经一段时间后发现当ad边从磁场上边缘穿出时,线框恰好做匀速运动.(g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)求: (1)线框ad边从磁场上边缘穿出时绳中拉力的功率; (2)线框刚刚全部进入磁场时速度的大小;(3)整个运动过程中线框产生的焦耳热.【解析】 (1)由于线框匀速出磁场,则对m2有: m2gsinθ-μm2gcosθ-FT=0得FT=10N对m1有: FT-m1g-BIL=0又因为I=BLvR联立可得: v=2m/s所以绳中拉力的功率P=FTv=20W (2)从线框刚刚全部进入磁场到线框ad边刚要离开磁场,由动能定理得FT(d2-L)-m1g(d2-L)=12(m1+m2)v2-Ek且Ek=12(m1+m2)v02代入数据解得v0=1.9m/s.四、导体线框运动与能量综合例题4、如图所示,边长为L的正方形导线框质量为m,由距磁场H高处自由下落,其下边ab进入匀强磁场后,线圈开始做减速运动,直到其上边cd刚刚穿出磁场时,速度减为ab边进入磁场时的一半,磁场的宽度也为L,则线框穿越匀强磁场过程中产生的焦耳热为()A.2mgLB.2mgL+mgHC.mgHmgL432D.mgHmgL412解析: 设刚进入磁场时的速度为v1,刚穿出磁场时的速度212vv①线框自开始进入磁场到完全穿出磁场共下落高度为2L.由题意得mgHmv2121②QmvLmgmv222121221③由①②③得mgHmgLQ432.C选项正确.变式训练4、正方形金属线框abcd,每边长l=0.1m,总质量m=0.1kg,回路总电阻02.0RΩ,用细线吊住,线的另一端跨过两个定滑轮,挂着一个质量为M=0.14kg的砝码。 线框上方为一磁感应强度B=0.5T的匀强磁场区,如图,线框abcd在砝码M的牵引下做加速运动,当线框上边ab进入磁场后立即做匀速运动。 接着线框全部进入磁场后又做加速运动(g=10m/s2)。 问: (1)线框匀速上升的速度多大? 此时磁场对线框的作用力多大? (2)线框匀速上升过程中,重物M做功多少? 其中有多少转变为电能? 解析: (1)当线框上边ab进入磁场,线圈中产生感应电流I,由楞次定律可知产生阻碍运动的安培力为F=BIl由于线框匀速运动,线框受力平衡,F+mg=Mg联立求解,得I=8A由欧姆定律可得,E=IR=0.16V由公式E=Blv,可求出v=3.2m/sF=BIl=0.4N (2)重物M下降做的功为W=Mgl=0.14J由能量守恒可得产生的电能为04.0mglMglE电J专题专项过关训练: 1、等腰三角形内有垂直于纸面向外的匀强磁场,它的底边在x轴上且长为2L,高为L,0t时刻,边长为L的正方形导线框从图示位置沿x轴匀逮穿过磁场,取顺时针方向为电流的正方向,则能够正确表示导线框中电流一位移(xi)关系的是()2、如图所示,在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场,磁场方向均垂直于纸面,一正方形导线框abcd位于纸面内,ab边与磁场的边界P重合。 导线框与磁场区域的尺寸如图所示。 从t=0时刻开始,线框匀速横穿两个磁场区域,以a→b→c→d为线框中的电流i的正方向,向左为导线框所受安培力的正方向,以下i–t和F—t关系示意图中正确的是()3、如图a所示,虚线上方空间有垂直线框平面的匀强磁场,直角扇形导线框绕垂直于线框平面的轴O以角速度ω匀速转动。 设线框中感应电流方向以逆时针为正,那么在图b中能正确描述线框从图a中所示位置开始转动一周的过程中,线框内感应电流随时间变化情况的是()4、如图所示,虚线框内是磁感应强度为B的匀强磁场,导线框的三条竖直边的电阻均为r,长均为L,两横边电阻不计,线框平面与磁场方向垂直。 当导线框以恒定速度v水平向右运动,ab边进入磁场时,ab两端的电势差为U1,当cd边进入磁场时,ab两端的电势差为U2,则()A.U1=BLvB.U1=31BLvC.U2=BLvD.U2=32BLv2,4,65、如图所示,空间存在两个磁场,磁感应强度大小均为B,方向相反且垂直纸面,MN、PQ为其边界,OO′为其对称轴。 一导线折成边长为l的正方形闭合回路abcd,回路在纸面内以恒定速度v0向右运动,当运动到关于OO′对称的位置时A.穿过回路的磁通量为零B.回路中感应电动势大小为2Bl0C.回路中感应电流的方向为顺时针方向D.回路中ab边与cd边所受安培力方向相同6、如图所示,质量为m,高度为h的矩形导体线框在竖直面内由静止开始自由下落.它的上下两边始终保持水平,途中恰好匀速通过一个有理想边界的匀强磁场区域,则线框在此过程中产生的热量为()A.mghB.2mghC.大于mgh,小于2mghD.大于2mgh7、边长为L的正方形金属框在水平恒力F作用下运动,穿过方向如图的有界匀强磁场区域.磁场区域的宽度为d(d>L)。 已知ab边进入磁场时,线框的加速度恰好为零.则线框进入磁场的过程和从磁场另一侧穿出的过程相比较,有()A.产生的感应电流方向相反B.所受的安培力方向相反C.进入磁场过程的时间等于穿出磁场过程的时间D.进入磁场过程的发热量少于穿出磁场过程的发热量8、如图所示,在光滑水平面上方,有两个磁感应强度大小均为B、方向相反的水平匀强磁场,如图所示,PQ为两个磁场的边界,磁场范围足够大。 一个边长为a,质量为m,电阻为R的正方形金属线框垂直磁场方向,以速度v从图示位置向右运动,当线框中心线AB运动到与PQ重合时,线框的速度为2v,则A.此时线框中的电功率为2224/BavRB.此时线框的加速度为224/BavmRC.此过程通过线框截面的电量为2/BaRD.此过程回路产生的电能为20.75mv9、如图所示,在方向垂直向里,磁感应强度为B的匀强磁场区域中有一个由均匀导线制成的单匝矩形线框abcd,线框以恒定的速度v沿垂直磁场方向向右运动,运动中线框dc边始终与磁场右边界平行,线框边长ad=l,cd=2l。 线框导线的总电阻为R。 则线dBbFLa框离开磁场的过程中()A.流过线框截面的电量为RBl22;B.线框中的电流在ad边产生的热量为RvBl3223;C.线框所受安培力的合力为Rvl222B;D.ad间的电压为3Blv.10、如图所示,相距为d的两水平虚线1L和2L分别是水平向里的匀强磁场的边界,磁场的磁感应强度为B,正方形线框abcd边长为L(Lm),两匀强磁场区域I、II的高度也为L,磁感应强度均为B,方向水平与线框平面垂直。 线框ab边距磁场边界高度为h。 开始时各段绳都处于伸直状态,把它们由静止释放,ab边刚穿过两磁场的分界线CC进入磁场II时线框做匀速运动。 求: (1)ab边刚进入磁场I时线框A1的速度v1; (2)ab边进入磁场II后线框A1所受重力的功率P;(3)从ab边刚进入磁场II到ab边刚穿出磁场II的过程中,线框中产生的焦耳热Q.15、如图所示,水平地面上方的H高区域内有匀强磁场,水平界面PP′是磁场的上边界,磁感应强度为B,方向是水平的,垂直于纸面向里.在磁场的正上方,有一个位于竖直平面内的闭合的矩形平面导线框abcd,ab长为l1,bc长为l2,H>l2,线框的质量为m,电阻为R.使线框abcd从高处自由落下,ab边下落的过程中始终保持水平,已知线框进入磁场的过程中的运动情况是: cd边进入磁场以后,线框先做加速运动,然后做匀速运动,直到ab边到达边界PP′为止.从线框开始下落到cd边刚好到达水平地面的过程中,线框中产生的焦耳热为Q.求: (1)线框abcd在进入磁场的过程中,通过导线的某一横截面的电荷量是多少? (2)线框是从cd边距边界PP′多高处开始下落的? (3)线框的cd边到达地面时线框的速度大小是多少? 16、在质量为M=1kg的小车上,竖直固定着一个质量为m=0.2kg,高h=0.05m、总电阻R=100Ω、n=100匝矩形线圈,且小车与线圈的水平长度I相同。 现线圈和小车一起在光滑的水平面上运动,速度为v1=10m/s,随后穿过与线圈平面垂直,磁感应强度B=1.0T的水平有界匀强磁场,方向垂直纸面向里,如图 (1)所示。 已知小车运动(包括线圈)的速度v随车的位移s变化的sv图象如图 (2)所示。 求: (1)小车的水平长度l和磁场的宽度d (2)小车的位移cms10时线圈中的电流大小I以及此时小车的加速度a(3)线圈和小车通过磁场的过程中线圈电阻的发热量Q17、如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小相等的匀强磁场,其中一个的方向垂直斜面向下,另一个的方向垂直斜面向上,宽度均为L.一个质量为m、边长为L的正方形线框以速度v刚进入上边磁场时恰好做匀速直线运动,当ab边到达gg′和ff′的中间位置时,线框又恰好做匀速直线运动.问: 线框从开始进入上边的磁场至ab边到达gg′和ff′中间位置时,产生的热量为多少? 专题专项过关训练参考答案: 1234567891011AACABDACDBADCABDBCCD12、解: (1)cd边刚进入磁场时,线框速度v=2gh线框中产生的感应电动势v=2ghEBLBL (2)此时线框中电流EIRcd两点间的电势差332gh44RUIBL(3)安培力222ghBLFBILR根据牛顿第二定律mg-F=ma,由a=0解得下落高度满足2244mgh=2RBL13、解: (1)设线框进入磁场时的速度为v1,由机械能守恒得211mgh=mv2线框产生的感应电动势为E=Bdv1,感应电流EIR线框受到的安培力为dFBI因线框做匀速运动mgF整理得B==0.4T. (2)线圈进入磁场用的时间11t=vL解得t1==0.05s,由题意得: 22111h-vt-tgt-t2L()+()代入数据解得h2=1.55m.14、解: (1)由机械能守恒定律,有: 21)(21vmMmghMgh①解得: mMghmMv)(21② (2)设线框ab边进入磁场II时速度为2v,则线框中产生的电动势: 22BLvE③线框中的电流RBLvREI22④线框受到的安培力RvLBIBLF22242⑤设绳对A1、A2的拉力大小为T则: 对A1: T+F=Mg⑥对A2: T=mg⑦联立⑤⑥⑦解得: 2224)(LBRgmMv⑧22224)(LBRgmMMMgvP⑨(3)从ab边刚进入磁场II到ab边刚穿出磁场II的此过程中线框一直做匀速运动,根据能量守恒得: gLmMQ)(⑩15、解析: (1)设线框abcd进入磁场的过程所用时间为t,通过线框的平均电流为I,平均感应电动势为,则RIt,,ΔΦ=Bl1l2通过导线的某一横截面的电荷量tIq解得.21RlBlq (2)设线框从cd边距边界PP′上方h高处开始下落,cd边进入磁场后,切割磁感线,产生感应电流,在安培力作用下做加速度逐渐减小的加速运动,直到安培力等于重力后匀速下落,速度设为v,匀速过程一直持续到ab边进入磁场时结束,有ε=Bl1v,,RIFA=BIl1,FA=mg解得212lBmgRv线框的ab边进入磁场后,线框中没有感应电流.只有在线框进入磁场的过程中有焦耳热Q.线框从开始下落到ab边刚进入磁场的过程中,线框的重力势能转化为线框的动能和电路中的焦耳热.则有Qmvlhmg2221)(解得.222414414223llmgBlQBRgmh(3)线框的ab边进入磁场后,只有重力作用下,加速下落,有)(21212222lHmgmvmvcd边到达地面时线框的速度.)(224142222lHglBRgmv16、【解析】 (1)由图可知,从cms5开始,线圈进入磁场,线圈中有感应电流,受安培力作用,小车做减速运动,速度v随位移s减小,当cms15时,线圈完全进入磁场,线圈中感应电流消失,小车做匀速运动。 因此小车的水平长度cml10。 当cms30时,线圈开始离开磁场,则cmcmd25)530( (2)当cms10时,由图象中可知线圈右边切割磁感线的速度smv/82由闭合电路欧姆定律得线圈中的电流RnBhvREI2解得AAI4.0100805.01100此时线圈所受安培力NNnBIhF205.04.01100小车的加速度22/67.1/2.12)(smsmmMFa(3)由图象可知,线圈左边离开磁场时,小车的速度为smv/23。 线圈进入磁场和离开磁场时,克服安培力做功,线卷的动能减少,转化成电能消耗在线圈上产生电热。 ))((212321vvmMQ解得线圈电阻发热量Q=57.6J17、解析: 当ab边刚进入上边磁场时,做匀速直线运动,有mgsinθ=22BLvR在ab边越过ff′时,线框的两边ab和cd同时切割磁感线,当再次做匀速直线运动时,产生的电动势E′=2BLv′,有mgsinθ=224BLvR,所以有v′=v/4由能量守恒得: Q=mg·32Lsinθ+12mv2-12mv′2=32mgLsinθ+1532mv2.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电磁感应 导体 线框类 问题 复习 归类 分析