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时间:2017-11-14
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1、电磁感应中的动力学和能量问题考点一 电磁感应中的动力学问题分析例1 (2011·四川理综·24)如图1所示,间距l=0.3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内.在水平面a1b1b2a2区域内和倾角θ=37°的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1=0.4T、方向竖直向上和B2=1T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场.电阻R=0.3Ω、质量m1=0.1kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上,S杆的两端固定在b1、b2点,K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好.一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂,绳上穿有质量m2=0.05k
2、g的小环.已知小环以a=6m/s2的加速度沿绳下滑,K杆保持静止,Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动.不计导轨电阻和滑轮摩擦,绳不可伸长.取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:图1(1)小环所受摩擦力的大小;(2)Q杆所受拉力的瞬时功率.图2跟踪训练1 如图2所示,电阻为R,其他电阻均可忽略,ef是一电阻可不计的水平放置的导体棒,质量为m,棒的两端分别与ab、cd保持良好接触,又能沿框架无摩擦下滑,整个装置放在与框架垂直的匀强磁场中,当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关S,则S闭合后( )A.导体棒ef的加速度可能大于gB.导体棒ef的
3、加速度一定小于gC.导体棒ef最终速度随S闭合时刻的不同而不同D.导体棒ef的机械能与回路内产生的电能之和一定守恒考点二 电磁感应中的能量问题分析图3例2如图3所示,空间存在竖直向上、磁感应强度B=1T的匀强磁场,ab、cd是相互平行间距L=1m的长直导轨,它们处在同一水平面内,左边通过金属杆ac相连.质量m=1kg的导体棒MN水平放置在导轨上,已知MN与ac的总电阻R=0.2Ω,其他电阻不计.导体棒MN通过不可伸长的细线经光滑定滑轮与质量也为m的重物相连,现将重物由静止状态释放后与导体棒MN一起运动,并始终保持导体棒与导轨接触良好.已知导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,其他摩擦不
4、计,导轨足够长,重物离地面足够高,重力加速度g取10m/s2.(1)请定性说明:导体棒MN在达到匀速运动前,速度和加速度是如何变化的?达到匀速运动时MN受到的哪些力的合力为零?并定性画出棒从静止至匀速运动的过程中所受的安培力大小随时间变化的图象(不需说明理由及计算达到匀速运动的时间);(2)若已知重物下降高度h=2m时,导体棒恰好开始做匀速运动,在此过程中ac3边产生的焦耳热Q=3J,求导体棒MN的电阻值r.图4跟踪训练2 两根足够长的光滑导轨竖直放置,间距为L,底端接阻值为R的电阻.将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端,金属棒和导轨接触良好,导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强
5、磁场垂直,如图4所示.除电阻R外其余电阻不计.现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放.则( )A.金属棒的动能、重力势能与弹簧的弹性势能的总和保持不变B.金属棒最后将静止,静止时弹簧伸长量为C.金属棒的速度为v时,所受的安培力大小为F=D.金属棒最后将静止,电阻R上产生的总热量为mg· 12.电磁感应中“杆+导轨”模型问题图5例3 (2011·天津理综·11)如图5所示,两根足够长的光滑平行金属导轨MN、PQ间距为l=0.5m,其电阻不计,两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角.完全相同的两金属棒ab、cd分别垂直导轨放置,每棒两端都与导轨始终有良好接触,已知两棒质量均
6、为m=0.02kg,电阻均为R=0.1Ω,整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中,磁感应强度B=0.2T,棒ab在平行于导轨向上的力F作用下,沿导轨向上匀速运动,而棒cd恰好能够保持静止,取g=10m/s2,问:(1)通过棒cd的电流I是多少,方向如何?(2)棒ab受到的力F多大?(3)棒cd每产生Q=0.1J的热量,力F做的功W是多少?图6跟踪训练3 如图6所示,两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上,两导轨间距L=1m,导轨的电阻可忽略.M、P两点间接有阻值为R的电阻.一根质量m=1kg、电阻r=0.2Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上,与导轨垂
7、直且接触良好.整套装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下.自图示位置起,杆ab受到大小为F=0.5v+2(式中v为杆ab运动的速度,力F的单位为N)、方向平行导轨沿斜面向下的拉力作用,由静止开始运动,测得通过电阻R的电流随时间均匀增大.g取10m/s2,sin37°=0.6.(1)试判断金属杆ab在匀强磁场中做何种运动,并请写出推理过程;(2)求电阻R的阻值;3(3)求金属杆ab自静止开始下滑通过位移x=1m所需的时间
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