“电磁感应与力学规律的综合应用”学案 一、电磁感应与力和运动相结合 电.doc

“电磁感应与力学规律的综合应用”学案一、电磁感应与力和运动相结合电磁感应中，受力情况、运动情况的动态分析过程:电磁感应现象中产生的感应电动势感应电流通电导体受安培力合外力变化加速度变化速度变化感应电动势变化周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态.要画好受力图，抓住加速度a=0时，速度v达到最大的特点.例1.如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直.整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略.让ab沿轨道由静止开始下滑，金属杆和导轨接触良好，不计它们之间的摩擦.（1）在加速下滑过程中，求ab杆的速度大小为v时通过杆的电流及加速度的大小MNRPqqabBQ（2）求下滑过程中，ab杆可以达到的最大速度.NRMPQF练习：如图所示，水平放置的两平行导轨左侧连接电阻，其它电阻不计.导体MN放在导轨上，在水平恒力F的作用下，沿导轨向右运动，并将穿过方向竖直向下的有界匀强磁场，磁场边界PQ与MN平行，从MN进入磁场开始计时，通过MN的感应电流i随时间t的变化可能是下图中的（ ）ti0ti0tiD0tiC0二、电磁感应与动量定理、动量守恒相结合例1.两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l，导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示.两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻不计，在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感ldcbaBv0应强度为B.设两导体棒均可沿轨道无摩擦地滑行.开始时，棒cd静止，棒ab有指向cd的初速度v0(见图).若两导体棒在运动中始终不接触，求：（1）在运动中产生的焦耳热量最多是多少？（2）当ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度是多少？ 三、电磁感应与能量守恒相结合导体切割磁感线或磁通量发生变化时，在回路中产生感应电流，机械能或其它形式能量便转化为电能.具有感应电流的导体在磁场中受安培力作用或通过电阻发热，又可使电能转化为机械能或电阻的内能，因此电磁感应过程中总是伴随着能量的转化.“外力”克服安培力做多少功，就有多少其它形式的能转化为电能.同理，安培力做功的过程，是电能转化为其它形式能的过程，安培力做多少功，就有多少电能转化为其它形式的能.解决这类问题的基本思路是:(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向.(2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗的电功率表达式.(3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程.hh例1.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2mghHhL2L1abcdPPQQB练习.位于竖直平面内的矩形平面导线框abcd，ab长L1=1.0m，bd长L2=0.5m，线框的质量m=0.2kg，电阻R=2.其下方有一匀强磁场区域，该区域的上、下边界PP/和QQ/均与ab平行，两边界间距离为H，HL2，磁场的磁感应强度B=1.0T，方向与线框平面垂直.如图所示，令线框的dc边从离磁场区域的上边界PP/的距离为h=0.7m处自由下落，已知在线框的dc边进入磁场以后，ab边到达边界PP/之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值.问从线框开始下落到dc边刚刚到达磁场区域下边界QQ/的过程中，磁场作用于线框的安培力做的总功为多少？(取g=10m/s2)“电磁感应与力学规律的综合应用”练案baS1.如图所示，竖直放置的金属框架处于水平匀强磁场中，有一长直金属棒ab可以沿框自由滑动.当ab由静止开始下滑一段时间后，合上开关S，则ab将做（ ）A.匀速运动 B.加速运动 C.减速运动 D.无法确定bRaFB2.如图所示，置于水平面的平行金属导轨不光滑，导轨一端连接电阻R，其它电阻不计，垂直于导轨平面有一匀强磁场，磁感应强度为B，当一质量为m的金属棒ab在水平恒力F作用下由静止向右滑动时（ ）A.外力F对ab棒做的功等于电路中产生的电能B.只有在棒ab做匀速运动时，外力F做的功才等于电路中产生的电能C.无论棒ab做何种运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能D.棒ab匀速运动的速度越大，机械能转化为电能的效率越高aaL3.如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽为L的区域内，有一个边长为a（aL）的正方形闭合线圈以初速v0垂直磁场边界滑过磁场后速度变为v（vv0）那么（ ）A完全进入磁场中时线圈的速度大于（v0+v）/2；B安全进入磁场中时线圈的速度等于（v0+v）/2；C完全进入磁场中时线圈的速度小于（v0+v）/2；D以上情况A、B均有可能，而C是不可能的30abRB4.如图所示，两光滑平行的金属导轨所在的平面与水平面成30角，导轨上端通过电阻R连接（不计电路中的其它电阻）磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过导轨平面现使质量为m的金属杆ab，以一定的初速度v0从金属导轨的底端向上滑行，但金属杆上行到某一位置后又返回下行，则上行和下行回到底端的过程中（ ）A上行时间大于下行时间B上行过程中电阻R上产生的热量比下行时的大C上行过程通过电阻R的电量跟下行时的不相等D上行过程导体杆ab受到的磁场力的冲量的大小跟下行时的相等LBab5.如图所示，U形导体框架宽L=1m，与水平面成=300角，倾斜放置在匀强磁场中，磁感应强度B=0.2T，垂直框面向上.在框架上垂直框边放一根质量m=0.2kg，有效电阻R=0.1的导体棒ab，从静止起沿框架无摩擦下滑，设框架电阻不计，框架足够长，取g=10m/s2，求：（1）ab棒下滑的最大速度.（2）在最大速度时，ab棒上释放的电功率.6.如图所示，电动机牵引一根原来静止的，长为L=1m、质量m=0.1kg的导体MN，其电阻R=1，导体棒架在处于磁感应强度B=1T，竖直放置的框架上，当导体棒上升h=3.8m时获得稳定的速度，导体产生的热量为12J，电动机牵引棒时，电压表、电流表的读数分别为7V、1A，电动机内阻r=1，不计框架电阻及一切摩擦，g取10m/s2，求:MNAV(1)棒能达到的稳定速度.(2)棒从静止到达到稳定速度所需要的时间.F/Nt/sO1234128164242057.如图所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l=0.20m，电阻R=1.0.有一导体杆静止地放置在轨道上，与两轨道垂直，杆及轨道的电阻皆可忽略不计，整个装置处于磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直轨道面向下.现用外力F沿轨道方向拉杆，使之做匀加速运动，测得力F与时间t的关系如图所示，求杆的质量m和加速度a.BQlQFRBabcdF8.如图所示，在与水平面成=30的平面内放置两条平行、光滑且足够长的金属轨道，其电阻可忽略不计.空间存在着匀强磁场，磁感应强度B=0.20T，方向垂直轨道平面向上.导体棒ab、cd垂直于轨道放置，且与金属轨道接触良好构成闭合回路，每根导体棒的质量