2012高考物理专题复习13 电磁感应功能问题

用心 爱心 专心 1 电磁感应电磁感应 功能问题功能问题 例1 光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线 如图所示 抛物的方程是y x2 下半部处在一 个水平方向的匀强磁场中 磁场的上边界是y a的直线 图中虚线所示 一个小金属环从抛物线上y b b a 处以速度v沿抛物线下滑 假设抛 物线足够长 金属环沿抛物线下滑后产生的焦 耳热总量是 解析 小金属环进入或离开磁场时 磁通量会发生变化 并产生感应电流 当小金属环 全部进入磁场后 不产生感应电流 由能量定恒可得产生的焦耳热等干减少的机械能即 例2 如图所示 固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻 但表面粗糙 导轨 左端连接一个电阻R 质量为m的金属棒 电阻也不计 放在导轨上 并与导轨垂直 整个装 置放在匀强磁场中 磁场方向与导轨平面垂直 用水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动的 过程中 恒力F做的功等于电路产生的电能 恒力F和摩擦力的合力 做的功等于电路中产生的电能 克服安培力做的功等于电路中产生 的电能 恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和棒获 得的动能之和以上结论正确的有 A C D 解析 在此运动过程中做功的力是拉力 摩擦力和安培力 三力做功之和为棒ab动能增 加量 其中安培力做功将机械能转化为电能 故选项C是正确 例3 图中a1blcldl和 a2b2c2d2为在同一竖直面内的金属导轨 处 在磁感应强度为B的匀强磁场中 磁场方向垂直导轨所在的平面 纸面 向里 导轨的a1b1段与 a2b2段是竖直的 距离为ll cldl段与c2d2段也是竖直的 距 离为l2 xly1与x2y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆 质量分别为ml和m2 它 们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触 两杆与导轨构成的回路的总电阻为R F为作用于 金属杆x1yl上的竖直向上的恒力 已知两杆运动到图示位置时 已匀速向上运动 求此时 作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率 解析 设杆向上运动的速度为v 因杆的运动 两杆与导轨构成的回路的面积减少 从而 磁通量也减少 由法拉第电磁感应定律 回路中的感应电动势的大小 B l2 l1 v 回路 中的电流I R 电流沿顺时针方向 两金属杆都要受到安培力作用 作用于杆x1yl的 安培力为f1 Bl1I 方向向上 作用于杆x2y2的安培力f2 Bl2I 方向向下 当杆作匀速 运动时 根据牛顿第二定律有F 用心 爱心 专心 2 本题考查法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律 焦耳定律等规律的综合应用 能力 例4 如下图 在水平面上有两条平行导电导轨MN PQ 导轨间距离为l 匀强磁场垂直于 导轨所在的平面 纸面 向里 磁感应强度的大小为B 两根金属杆1 2摆在导轨上 与导轨 垂直 它们的质量和电阻分别为ml m2和R1 R2 两杆与导轨接触良好 与导轨间的动摩擦因数为 已知 杆1被外力拖动 以恒定的速度v0沿 导轨运动 达到稳定状态时 杆2也以恒定速度 沿导轨运动 导轨的电阻可忽略 求此时杆2克 服摩擦力做功的功率 解析 解法一 设杆2的运动速度为v 由于两杆运动时 两杆和导轨构成的回路的磁通 量发生变化 产生感应电动势 Bl v0 v 感应电流I R1 R2 杆2运动受到的 安培力等于摩擦力BIl m2g 导体杆2克服摩擦力做功的功率P m2gv 解得 P m2g v0 m2g R1 R2 B2l2 解法二 以F表示拖动杆1的外力 表示回路的电流 达到稳定时 对杆1有F m1g BIl 对杆2有BIl m2g 0 外力的功率PF Fv0 以P表示杆2克服摩 本题主要考查考生应用电磁感应定律 欧姆定律和牛顿运动定律解决力电综合问题的 能力 巩固练习巩固练习 如图所示 匀强磁场和竖直导轨所在面垂直 金属棒ab可在导轨上无摩擦滑动 在金属 棒 导轨和电阻组成的闭合回路中 除电阻R外 其余电阻均不计 在ab下滑过程中 A 由于ab下落时只有重力做功 所以机械能守恒 B ab达到稳定速度前 其减少的重力势能全部转化为电阻R的内能 C ab达到稳定速度后 其减少的重力势能全部转化为电阻R的内能 D ab达到稳定速度后 安培力不再对ab做功 用心 爱心 专心 3 2 如图所示 ABCD是固定的水平放置的足够长的U形导轨 整个导轨处于竖直向上的匀强磁 场中 在导轨上架着一根金属棒ab 在极短时间内给棒ab一个水平向右的速度 ab棒开始 运动 最后又静止在导轨上 则ab在运动过程中 就导轨是 光滑和粗糙两种情况相比较 A 整个回路产生的总热量相等 B 安培力对ab棒做的功相等 C 安培力对ab棒的冲量相等 D 电流通过整个回路所做的功相等 3 如图所示 质量为M的条形磁铁与质量为m的铝环 都静止在光 滑的水平面上 当在极短的时间内给铝环以水平向右的冲量I 使环向右运动 则下列说法不正确的是 A 在铝环向右运动的过程中磁铁也向右运动 B 磁铁运动的最大速度为I M m C 铝环在运动过程中 能量最小值为ml2 2 M m 2 D 铝环在运动过程中最多能产生的热量为I2 2m 4 如图所示 在光滑的水平面上 有竖直向下的匀强磁场 分布在宽度 为L的区域里 现有一边长为a a v0 U形框最终将与方框分离 如 果从U型框和方框不再接触开始 经过时间t方框最右侧和U型框最左侧距离为s 求金属 框框分离后的速度各多大 1 答案 C 解析 下滑过程有安培力做功 机械能不守恒 ab达到稳定速度 重力等于安培力 故C正确 2 答案 A 解析 两种情况下产生的总热量 都等于金属棒的初动能 3 答案 D 解析 铝环向右运动时 环内感应电流的磁场与磁铁产生相互作用 使环做减速运动 磁 铁向右做加速运动 待相对静止后 系统向右做匀速运动 由I m M v 得v I m M 即 为磁铁的最大速度 环的最小速度 其动能的最小值为m 2 I m M 2 铝环产生的最大热 量应为系统机械能的最大损失量 I2 2m I2 2 m M MI2 2m m M 4 答案 C 解析 这是一道选用力学规律求解电磁感应的好题目 线框做的是变加速运动 不能用运 动学公式求解 那么就应想到动能定理 设线框刚进出时速度为v1和v2 则第一阶段产生的 热量 第二阶段产生的热量Q2 mv2 2 只要能找出v1和v2的关系就能找到答案 由动量定理可得 5 答案 0 5W 解析 由题意分析知 当砝码加速下落到速度最大时 砝码的合外力为零 此时R得到功率最 用心 爱心 专心 5 大 为mg BImaxL Pmax I2maxR 由式 得 Pmax mg BL 2R 0 5W 6 答案 4 0 28 0 08 解析 F安 M m g 转化的内能 F安L 7 解析 1 撤去F之前 设通过电阻R的电流为I 则金属杆受到的安培力大小F安 BIL F 撤去F之后 由P I2R知 当电阻R上消耗的电功率为P 4时 通过R的电流I I 2 则金属杆受到的安培力F 安 BI L F 2 方向水平向左 由牛顿第二定律得 方向水平向左 2 撤去F后 金属杆在与速度方向相反的安培力作用下 做减速运动直到停下 设匀速运动 时金属杆的速度为v 则I2 R r Fv 又P I2R 解得 由能量守恒可得 撤去F后 整个电路产生的热量 则电阻R上产生的焦耳热 8 解析 1 U形框向右运动时 NQ边相当于电源 产生的感应电动势E Blv0 当如图乙所示 位置时 方框bd之间的电阻为 U形框连同方框构成的闭合电路的总电阻为 闭合电路的总电流为 根据欧姆定律可知 bd两端的电势差为 Ubd 方框中的热功率为 2 在U形框向右运动的过程中 U形框和方框组成的系统所受外力为零 故系统动量守恒 设到达图示位置时具有共同的速度v 根据动量守恒定律 根据能量守恒定律 U