拓展資料2：電磁感應的綜合應用例題賞析（高中物理教學課件）完整版5

拓展資料2：電磁感應的綜合應用例題賞析例1.如圖甲所示,一個電阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路,線圈的半徑為r1.在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場,磁感應強度B隨時間t變化的關系圖線如圖乙所示(規(guī)定圖甲中B的方向為正方向).圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0,導線的電阻不計.求0~t1時間內(nèi):(1)通過電阻R1的電流大小和方向;(2)通過電阻R1的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量.一.電路問題變式1.如圖所示,在同一水平面內(nèi)有兩根平行長導軌,導軌間存在依次相鄰的矩形勻強磁場區(qū)域,區(qū)域?qū)挾染鶠閘,磁感應強度大小相等、方向交替向上向下.一邊長為l的正方形金屬線框在導軌上向左勻速運動.線框中感應電流i隨時間t變化的正確圖線可能是(

)ABCDD一.電路問題例2.如圖所示,寬度為L的金屬框架豎直固定在絕緣地面上,框架的上端接有一個電子元件,其阻值與其兩端所加的電壓成正比,即R=kU,式中k為已知常數(shù).框架上有一質(zhì)量為m,離地高為h的金屬棒,金屬棒與框架始終接觸良好無摩擦,且保持水平.磁感應強度為B的勻強磁場方向垂直于框架平面向里.將金屬棒由靜止釋放,棒沿框架向下運動,不計金屬棒及導軌的電阻.重力加速度為g.求:(1)金屬棒運動過程中,流過棒的電流的大小和方向;(2)金屬棒落到地面時的速度大小;(3)金屬棒從釋放到落地過程中通過電子元件的電荷量.二.力學問題變式2.如圖所示,光滑斜面的傾角α=30°,在斜面上放置一矩形線框abcd,ab邊的邊長l1=1m,bc邊的邊長l2=0.6m,線框的質(zhì)量m=1kg,電阻R=0.1Ω,線框通過細線與重物相連,重物質(zhì)量M=2kg,斜面上ef(ef∥gh)的右方有垂直斜面向上的勻強磁場,磁感應強度B=0.5T,如果線框從靜止開始運動,進入磁場的最初一段時間做勻速運動,ef和gh的距離x=11.4m,(g取10m/s2),求:(1)線框進入磁場前重物的加速度;(2)線框進入磁場時勻速運動的速度v.【答案】

(1)5m/s2

(2)6m/s二.力學問題例3.(多選)如圖所示,固定在水平絕緣平面上且足夠長的金屬導軌不計電阻,但表面粗糙,導軌左端連接一個電阻R,質(zhì)量為m的金屬棒(電阻也不計)放在導軌上并與導軌垂直,整個裝置放在勻強磁場中,磁場方向與導軌平面垂直.用水平恒力F把ab棒從靜止起向右拉動的過程中,下列說法正確的是(

)A.恒力F做的功等于電路產(chǎn)生的電能B.恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能C.克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能D.恒力F和摩擦力的合力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能和棒獲得的動能之和CD三.能量問題變式3.如圖所示,光滑絕緣斜面傾角為θ,斜面上平行于底邊的虛線MN、PQ間存在垂直于斜面向上,磁感應強度為B的勻強磁場,MN、PQ相距為L.一質(zhì)量為m、邊長為d(d<L)的正方形金屬線框abef置于斜面上,線框電阻為R,ab邊與磁場邊界MN平行,相距為L.線框由靜止釋放后沿斜面下滑,ef邊離開磁場前已勻速運動,重力加速度為g,求:(1)線框進入磁場過程中通過線框橫截面的電荷量q;(2)線框ef邊離開磁場區(qū)域時的速度大小v;(3)線框穿過磁場區(qū)域產(chǎn)生的熱量Q.三.能量問題例4.(多選)如圖所示,abcd為邊長為L的正方形線框,線框在紙面內(nèi),電阻為R.圖中虛線區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場.現(xiàn)用外力作用于線框,使線框從圖示位置開始沿x軸正方向做初速度為零的勻加速運動,線框運動過程中,ad邊始終水平,線框平面始終與磁場垂直,磁場寬度大于L,x軸正方向作為力的正方向,則磁場對線框的作用力F隨時間t的變化圖線及線框ab邊的電壓U隨時間t的變化圖像正確的是(

)AD四.圖像問題變式4.如圖甲所示,光滑導軌水平放置在豎直方向的勻強磁場中,勻強磁場的磁感應強度B隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定向下為正方向),導體棒ab垂直導軌放置,除電阻R的阻值外,其余電阻不計,導體棒ab在水平外力F的作用下始終處于靜止狀態(tài).規(guī)定a→b的方向為電流的正方向,水平向右的方向為外力的正方向.則在0~2t0內(nèi),能正確反映流過導體棒ab的電流、外力與時間關系的圖線是(

)D四.圖像問題例5.近期大功率儲能技術受到媒體的廣泛關注,其中飛輪儲能是熱點之一.為說明某種飛輪儲能的基本原理,將模型簡化為如圖所示:光滑的“”形導軌水平放置,電阻不計,長度足夠.軌道平行部分間距為L=1m,導軌上靜止放置有長度也為L、質(zhì)量為m=100kg、電阻為R1=0.1Ω的導體棒AB.導軌間虛線框區(qū)域有垂直軌道平面向上的均勻變化磁場.虛線框右側區(qū)域有垂直軌道平面向下的勻強磁場,磁感應強度為B=10T.圖中開關S接a,經(jīng)過足夠長時間,棒AB向右勻速運動,速度為v=100m/s.然后若將開關S接b,棒AB可作為電源對電阻R2供電,電阻R2=0.9Ω.開關S接a,棒AB勻速運動時,虛線框中的磁場磁通量每秒鐘變化多少(2)求開關S接b的瞬間棒AB的加速度;(3)求開關S接b后R2產(chǎn)生的總熱量Q.【答案】(1)1000Wb(2)100m/s2(3)4.5×105J五.單桿問題變式5.如圖所示,光滑導軌MN和PQ固定在同一水平面上,兩導軌間距為L,兩端分別接有阻值均為R的定值電阻R1和R2.兩導軌間有一邊長為L/2的正方形區(qū)域abcd,該區(qū)域內(nèi)有方向豎直向下的勻強磁場,磁感應強度為B.一質(zhì)量為m的金屬桿與導軌接觸良好并靜止于ab處,現(xiàn)用一恒力F沿水平方向拉桿,使之由靜止起向右運動,若桿出磁場前已做勻速運動,不計導軌及金屬桿的電阻.求:(1)金屬桿出磁場前的瞬間流過R1的電流大小和方向;(2)金屬桿做勻速運動時的速率;(3)金屬桿穿過整個磁場過程中R1上產(chǎn)生的電熱.五.單桿問題例6.如圖所示,光滑平行足夠長的金屬導軌MN、PQ,間距為d,與水平地面成θ角放置,Q端接地.阻值為R的電阻接在M、P間,導軌電阻忽略不計.勻強磁場垂直導軌平面向下,磁感應強度為B.質(zhì)量為m,電阻為r的導體棒垂直于軌道,由靜止釋放,下滑距離s時,速度為v.重力加速度為g.求:(1)電阻R中的最大電流I和方向;(2)導體棒速度為v時,M點的電勢;(3)從釋放到導體棒速度為v的過程中,導體棒中產(chǎn)生的熱量Q.

六.斜面單桿問題變式6.如圖1,水平面上固定一個半徑為l的金屬環(huán),金屬桿OA電阻為R,一端固定在圓環(huán)中心O,另一端與圓環(huán)接觸良好.間距為d的平行傾斜長導軌分別與圓環(huán)和圓心O相連.金屬桿MN長度為d,質(zhì)量為m,電阻為2R,垂直放置在傾斜導軌上.圓環(huán)處于豎直向下的勻強磁場中,傾斜導軌處于垂直于軌道平面向下的勻強磁場中,兩磁場磁感應強度均為B.現(xiàn)固定MN,通過外力使OA桿繞O點按俯視順時針方向轉動,0~2t0內(nèi)流經(jīng)MN的電流大小隨時間變化關系如圖2,已知0~2t0內(nèi)電流的有效值為,忽略其余電阻和一切摩擦,重力加速度為g.(1)比較O、A兩點的電勢,哪一點高求OA轉動的最大角速度大小.(2)0~2t0時間內(nèi)推動OA桿的外力需做多少功(3)2t0時刻起將OA桿固定,同時解除MN桿的約束,MN下落高度為h時加速度大小為a,此時速度為它所能達到的最大速度的一半,求此過程中流過OA的電荷量.六.斜面單桿問題例7.如圖所示,相距較遠的水平軌道與傾斜軌道用導線連,MN∥EF、PQ∥GH,且組成軌道的兩個金屬棒間距都為L.金屬細硬桿ab、cd分別與軌道垂直,質(zhì)量均為m,電阻均為R,與導軌間的動摩擦因數(shù)均為μ,導軌電阻不計.水平導軌處于豎直向上、磁感應強度為B1的勻強磁場中;傾斜導軌與水平面成θ角,磁感應強度為B2的勻強磁場平行于傾斜軌道向下.當ab桿在平行于水平軌道的拉力作用下做勻速運動時,cd桿由靜止開始沿傾斜軌道向下以加速度a=gsinθ運動.設ab、cd與軌道接觸良好,重力加速度為g.求:(1)通過cd桿的電流大小和方向;(2)ab桿勻速運動時速度的大小和拉力的大小;(3)cd桿由靜止開始沿軌道向下運動距離x的過程中,整個回路產(chǎn)生的焦耳熱.七.雙桿問題變式7.如圖所示,兩根足夠長的平行金屬導軌固定在傾角θ=30°的斜面上,導軌電阻不計,間距L=0.4m,導軌所在空間被分成區(qū)域I和II,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN.I中的勻強磁場方向垂直斜面向下,II中的勻強磁場方向垂直斜面向上,兩磁場的磁感應強度大小均為B=0.5T.在區(qū)域I中,將質(zhì)量m1=0.1kg、電阻R1=0.1Ω的金屬條ab放在導軌上,ab剛好不下滑.然后,在區(qū)域II中將質(zhì)量m2=0.4kg、電阻R2=0.1Ω的