拓展资料2：电磁感应的综合应用例题赏析（高中物理教学课件）完整版5

拓展资料2：电磁感应的综合应用例题赏析例1.如图甲所示,一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路,线圈的半径为r1.在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示(规定图甲中B的方向为正方向).图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0,导线的电阻不计.求0~t1时间内:(1)通过电阻R1的电流大小和方向;(2)通过电阻R1的电荷量q及电阻R1上产生的热量.一.电路问题变式1.如图所示,在同一水平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下.一边长为l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动.线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是(

)ABCDD一.电路问题例2.如图所示,宽度为L的金属框架竖直固定在绝缘地面上,框架的上端接有一个电子元件,其阻值与其两端所加的电压成正比,即R=kU,式中k为已知常数.框架上有一质量为m,离地高为h的金属棒,金属棒与框架始终接触良好无摩擦,且保持水平.磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于框架平面向里.将金属棒由静止释放,棒沿框架向下运动,不计金属棒及导轨的电阻.重力加速度为g.求:(1)金属棒运动过程中,流过棒的电流的大小和方向;(2)金属棒落到地面时的速度大小;(3)金属棒从释放到落地过程中通过电子元件的电荷量.二.力学问题变式2.如图所示,光滑斜面的倾角α=30°,在斜面上放置一矩形线框abcd,ab边的边长l1=1m,bc边的边长l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线框通过细线与重物相连,重物质量M=2kg,斜面上ef(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5T,如果线框从静止开始运动,进入磁场的最初一段时间做匀速运动,ef和gh的距离x=11.4m,(g取10m/s2),求:(1)线框进入磁场前重物的加速度;(2)线框进入磁场时匀速运动的速度v.【答案】

(1)5m/s2

(2)6m/s二.力学问题例3.(多选)如图所示,固定在水平绝缘平面上且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,下列说法正确的是(

)A.恒力F做的功等于电路产生的电能B.恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能C.克服安培力做的功等于电路中产生的电能D.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CD三.能量问题变式3.如图所示,光滑绝缘斜面倾角为θ,斜面上平行于底边的虚线MN、PQ间存在垂直于斜面向上,磁感应强度为B的匀强磁场,MN、PQ相距为L.一质量为m、边长为d(d<L)的正方形金属线框abef置于斜面上,线框电阻为R,ab边与磁场边界MN平行,相距为L.线框由静止释放后沿斜面下滑,ef边离开磁场前已匀速运动,重力加速度为g,求:(1)线框进入磁场过程中通过线框横截面的电荷量q;(2)线框ef边离开磁场区域时的速度大小v;(3)线框穿过磁场区域产生的热量Q.三.能量问题例4.(多选)如图所示,abcd为边长为L的正方形线框,线框在纸面内,电阻为R.图中虚线区域内有垂直纸面向里的匀强磁场.现用外力作用于线框,使线框从图示位置开始沿x轴正方向做初速度为零的匀加速运动,线框运动过程中,ad边始终水平,线框平面始终与磁场垂直,磁场宽度大于L,x轴正方向作为力的正方向,则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线及线框ab边的电压U随时间t的变化图像正确的是(

)AD四.图像问题变式4.如图甲所示,光滑导轨水平放置在竖直方向的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示(规定向下为正方向),导体棒ab垂直导轨放置,除电阻R的阻值外,其余电阻不计,导体棒ab在水平外力F的作用下始终处于静止状态.规定a→b的方向为电流的正方向,水平向右的方向为外力的正方向.则在0~2t0内,能正确反映流过导体棒ab的电流、外力与时间关系的图线是(

)D四.图像问题例5.近期大功率储能技术受到媒体的广泛关注,其中飞轮储能是热点之一.为说明某种飞轮储能的基本原理,将模型简化为如图所示:光滑的“”形导轨水平放置,电阻不计,长度足够.轨道平行部分间距为L=1m,导轨上静止放置有长度也为L、质量为m=100kg、电阻为R1=0.1Ω的导体棒AB.导轨间虚线框区域有垂直轨道平面向上的均匀变化磁场.虚线框右侧区域有垂直轨道平面向下的匀强磁场,磁感应强度为B=10T.图中开关S接a,经过足够长时间,棒AB向右匀速运动,速度为v=100m/s.然后若将开关S接b,棒AB可作为电源对电阻R2供电,电阻R2=0.9Ω.开关S接a,棒AB匀速运动时,虚线框中的磁场磁通量每秒钟变化多少(2)求开关S接b的瞬间棒AB的加速度;(3)求开关S接b后R2产生的总热量Q.【答案】(1)1000Wb(2)100m/s2(3)4.5×105J五.单杆问题变式5.如图所示,光滑导轨MN和PQ固定在同一水平面上,两导轨间距为L,两端分别接有阻值均为R的定值电阻R1和R2.两导轨间有一边长为L/2的正方形区域abcd,该区域内有方向竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m的金属杆与导轨接触良好并静止于ab处,现用一恒力F沿水平方向拉杆,使之由静止起向右运动,若杆出磁场前已做匀速运动,不计导轨及金属杆的电阻.求:(1)金属杆出磁场前的瞬间流过R1的电流大小和方向;(2)金属杆做匀速运动时的速率;(3)金属杆穿过整个磁场过程中R1上产生的电热.五.单杆问题例6.如图所示,光滑平行足够长的金属导轨MN、PQ,间距为d,与水平地面成θ角放置,Q端接地.阻值为R的电阻接在M、P间,导轨电阻忽略不计.匀强磁场垂直导轨平面向下,磁感应强度为B.质量为m,电阻为r的导体棒垂直于轨道,由静止释放,下滑距离s时,速度为v.重力加速度为g.求:(1)电阻R中的最大电流I和方向;(2)导体棒速度为v时,M点的电势;(3)从释放到导体棒速度为v的过程中,导体棒中产生的热量Q.

六.斜面单杆问题变式6.如图1,水平面上固定一个半径为l的金属环,金属杆OA电阻为R,一端固定在圆环中心O,另一端与圆环接触良好.间距为d的平行倾斜长导轨分别与圆环和圆心O相连.金属杆MN长度为d,质量为m,电阻为2R,垂直放置在倾斜导轨上.圆环处于竖直向下的匀强磁场中,倾斜导轨处于垂直于轨道平面向下的匀强磁场中,两磁场磁感应强度均为B.现固定MN,通过外力使OA杆绕O点按俯视顺时针方向转动,0~2t0内流经MN的电流大小随时间变化关系如图2,已知0~2t0内电流的有效值为,忽略其余电阻和一切摩擦,重力加速度为g.(1)比较O、A两点的电势,哪一点高求OA转动的最大角速度大小.(2)0~2t0时间内推动OA杆的外力需做多少功(3)2t0时刻起将OA杆固定,同时解除MN杆的约束,MN下落高度为h时加速度大小为a,此时速度为它所能达到的最大速度的一半,求此过程中流过OA的电荷量.六.斜面单杆问题例7.如图所示,相距较远的水平轨道与倾斜轨道用导线连,MN∥EF、PQ∥GH,且组成轨道的两个金属棒间距都为L.金属细硬杆ab、cd分别与轨道垂直,质量均为m,电阻均为R,与导轨间的动摩擦因数均为μ,导轨电阻不计.水平导轨处于竖直向上、磁感应强度为B1的匀强磁场中;倾斜导轨与水平面成θ角,磁感应强度为B2的匀强磁场平行于倾斜轨道向下.当ab杆在平行于水平轨道的拉力作用下做匀速运动时,cd杆由静止开始沿倾斜轨道向下以加速度a=gsinθ运动.设ab、cd与轨道接触良好,重力加速度为g.求:(1)通过cd杆的电流大小和方向;(2)ab杆匀速运动时速度的大小和拉力的大小;(3)cd杆由静止开始沿轨道向下运动距离x的过程中,整个回路产生的焦耳热.七.双杆问题变式7.如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4m,导轨所在空间被分成区域I和II,两区域的边界与斜面的交线为MN.I中的匀强磁场方向垂直斜面向下,II中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5T.在区域I中,将质量m1=0.1kg、电阻R1=0.1Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑.然后,在区域II中将质量m2=0.4kg、电阻R2=0.1Ω的