著名机构高二物理秋季班讲义第14讲电磁综合(一)
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1、 第14讲 电磁综合(一) 14.1 电磁感应中的电路问题知识点睛1这类问题的关键是弄清楚内外电路。切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈相当于电源,该部分是内电路,其余部分是外电路。解决此类问题的基本步骤: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。画等效电路,感应电流的方向是电源内部电流的方向。运用闭合电路知识求解问题。2几个概念 电源电动势或 电源内电路电压降,是发生电磁感应现象导体上的电阻。 电源的路端电压,(表示外电路的电阻)3处理电磁感应现象中的电路问题时的易错点路端电压、电动势和某电阻两端的电压三者的区别;某段导体作为外电路时,它两端的电压就是电流与电阻的乘积。某段
2、导体作为电源时,它两端的电压就是路端电压,等于电流与外电阻的乘积,或等于电动势减去内电压,当其内电阻不计时路端电压等于电源电动势。某段导体作为电源,断路时电压等于电动势。例题精讲电路问题【例1】如图所示,一矩形金属框,可动边长为,电阻为,边电阻为,导轨电阻不计,匀强磁场的磁感应强度为。当边以的速度向右匀速移动时,求: 感应电动势的大小 感应电流的大小 边两端的电压 电路上消耗的总功率【答案】 【例2】如图所示,在磁感应强度的匀强磁场中,垂直于磁场方向水平放置着两根相距的平行金属导轨和,导轨的电阻忽略不计,在两根导轨的端点、之间连接一阻值的电阻。导轨上跨放着一根长、单位长度电阻的金属棒,金属棒与
3、导轨垂直放置,交点为、。当金属棒以速度向左匀速运动时,求: 电阻中的电流; 两点间的电势差; 金属棒所受安培力的功率。【答案】 ; ; 【例3】如图所示,虚线框内是磁感应强度为的匀强磁场,导线框的三条竖直边的电阻均为,长均为,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水平向右运动,边进入磁场时,两端的电势差为,当边进入磁场时,两端的电势差为,则A BC D【答案】 BD【例4】半径为右端开小口的导体圆环和长为的导体直杆,单位长度电阻均为。圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为。杆在圆环上以速度平行于直径向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触
4、,从圆环中心开始,杆的位置由确定,如图所示,则A时,杆产生的电动势为B时,杆产生的电动势为C时,杆受的安培力大小为D时,杆受的安培力大小为【答案】 AD【例5】如图所示,、为水平面内平行放置的光滑金属长直导轨,间距为,处在竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场中。一导体杆垂直于、放置在导轨上,在外力作用下向左做匀速直线运动。质量为、每边电阻均为、边长为的正方形金属框置于竖直平面内,两顶点、通过细导线与导轨相连,磁感应强度大小为的匀强磁场方向垂直于金属框向里,金属框恰好处于静止状态。不计其余电阻和细导线对、点的作用力,求: 通过边的电流; 导体杆运动的速度。【解析】 设通过正方形金属框的总电流为,
5、则,。金属框处于静止状态,有,所以。 由,得。【答案】 14.2 电磁感应中的动力学问题知识点睛1电磁感应和力学问题的综合,其联系桥梁是磁场对感应电流的安培力。这类问题中的导体一般都会经历一个动态变化的过程,最后趋于一个稳定状态。正确进行动态分析,确定最终状态是解决问题的关键。2常见力学模型的对比图解(1)单棒示意图棒长为,质量,电阻;导轨光滑,电阻不计棒长,质量,电阻;导轨光滑,电阻不计分析闭合,棒受安培力,此时,棒速度感应电动势电流安培力加速度,当安培力时,最大棒释放后下滑,此时,棒速度感应电动势电流安培力加速度,当安培力时,最大运动形式变加速运动变加速运动最终状态匀速运动匀速运动(2)双
6、棒初速不为零,不受其他水平外力作用光滑等距轨道光滑不等距轨道示意图 质量电阻 长度 质量电阻 长度规律分析杆做变减速运动,杆做变加速运动,稳定时,两杆的加速度为零,以相等的速度匀速运动稳定时,两杆的加速度为零,两杆的速度之比为例题精讲动力学问题【例6】如图所示,有两根和水平方向成角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为。一根质量为的金属杆从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度,则:A如果增大,将变大B如果变大,将变大C如果变大,将变大 D如果变小,将变大【解析】 金属杆下滑,切割磁感线产生感应电流受到磁
7、场力,如图所示金属杆加速下滑,随着速度增大,增大,加速度越来越小。最终以匀速运动,由平衡条件,得,可判断出BC正确。【答案】 BC【例7】如图所示,、是两根足够长的固定平行电阻不计的金属导轨,两导轨间的距离为,导轨平面与水平面之间的夹角是,在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场,磁感强度为,在导轨的、端连接一个阻值为的电阻,一根垂直于金属导轨放置的金属棒质量为,电阻为,棒和导轨的动摩擦因数为,从静止开始沿导轨下滑。求:棒的最大速度以及最大加速度是多少。【答案】 ;【例8】如图(甲)所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距,电阻;有一导体杆静止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆
8、及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于磁感强度的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下,现用一外力沿轨道方向拉杆,使之从静止开始做匀加速运动,测得力与时间的关系如图(乙)所示,求杆的质量和加速度。【答案】 ;【例9】竖直平行导轨间距,导轨顶端接有一电键和一阻值为的定值电阻。导体棒与导轨接触良好且无摩擦,的电阻为,质量,导轨的电阻不计,整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中,磁感强度。设导轨足够长,不计空气阻力。电键闭合,由静止释放。 定性分析导体棒的运动情况; 杆的最大加速度为多大; 杆能达到的最大速度多大; 若先将电键断开,让棒由静止释放一段时间后,再闭合电键,分析 闭合电键后棒做什么运动。【答
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- 著名 机构 物理 秋季 讲义 14 电磁 综合
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