江苏省黄埭中学高三物理一轮学案53 电磁感应1

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江苏省黄埭中学高三物理一轮学案53 电磁感应1

电磁感应1‎ ‎【例1】如图所示,有理想边界且范围足够大的两个水平匀强磁场Ⅰ、Ⅱ,磁感应强度均为B,两水平边界间距为2L.有一质量为m、边长为L的正方形线框abcd由粗细均匀的导线制成,总电阻为R.线框从磁场Ⅰ中某处由静止释放,运动过程中,线框平面始终在与磁场方向垂直的竖直平面内,且ab边平行于磁场边界.当ab边刚离开磁场Ⅰ时,线框恰好做匀速运动;当cd边进入磁场Ⅱ前,线框又做匀速运动.求:‎ ‎(1)线框做匀速运动时,产生的感应电流的大小;‎ ‎(2)线框从开始运动到完全进入磁场Ⅱ的过程中的最大速度;‎ ‎(3)线框通过两磁场边界的整个过程中产生的焦耳热.‎ ‎【例2】如图所示,相距L足够长的两根平行导轨与水平面成θ角,导轨电阻不计,上端连接阻值为R的电阻,导轨处在方向垂直导轨平面斜向上的匀强磁场中.在距导轨上端d1处放置一水平导体棒ab,导体棒的质量为m,电阻也为R,导轨对导体棒ab的滑动摩擦力等于mgsinθ(最大静摩擦力始终等于滑动摩擦力).‎ ‎(1)若磁场的磁感应强度B随时间的变化规律为B=kt,求通过电阻R的电流;‎ ‎(2)在第(1)问中,从t=0时刻开始,经多长时间导体棒开始滑动?‎ ‎(3)若磁场的磁感应强度不随时间变化,大小为B0,现对ab棒施以平行导轨斜向下的恒定拉力F,当导体棒ab下滑距离为d2时速度达到最大,求导体棒ab从开始下滑到速度达到最大的过程中,电阻R中产生的热量为多少.‎ ‎【课堂作业】1、如图所示, 宽度L=0.2 m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上,导轨的两端连接阻值R=1 Ω的电阻.导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T.一根质量m=10 g的导体棒MN放在导轨上与导轨接解良好,导体棒的电阻r=1 Ω,导轨的电阻可忽略不计.现用一平行于导轨的拉力拉动导体棒沿导轨向右匀速运动,运动速度v=10 m/s,在运动过程中保持导体棒与导轨垂直.求:‎ ‎(1)在闭合回路中产生的感应电流的大小;‎ ‎(2)作用在导体棒上的拉力的大小;‎ ‎(3)当导体棒移动3 m时撤去拉力,求整个过程回路中产生的热量.‎ ‎2、如图所示,矩形金属线框长L=0.5 m,宽d=0.2 m,质量m=0.016 kg,电阻R=0.1 Ω.它自由下落h1=5 m时,下边进入方向垂直纸面向里的匀强磁场中,并恰好做匀速运动.(不计空气阻力,g取10 m/s2)‎ ‎(1) 求磁场的磁感应强度的大小;‎ ‎(2) 若线框下边通过磁场的时间t=0.15 s,求磁场所在区域的高h2;‎ ‎(3) 若h2=L,求线框穿越磁场的过程中产生的热量.‎ ‎【例3】如图甲所示,两条足够长的光滑平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L=1 m,两导轨的上端间接有电阻,阻值R=2 Ω.虚线OO′下方是垂直于导轨平面向里的匀强磁场,磁场磁感应强度为2 T.现将质量m=0.1 kg、电阻不计的金属杆ab,从OO′上方某处由静止释放,金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触,且始终保持水平,不计导轨的电阻.已知金属杆下落0.3 m的过程中加速度a与下落距离h的关系图象如图乙所示,求:‎ ‎(1) 金属杆刚进入磁场时速度多大?下落了0.3 m时速度为多大?‎ ‎(2) 金属杆下落0.3 m的过程中,在电阻R上产生的热量?‎ ‎(3) 金属杆下落0.3 m的过程中,通过电阻R的电荷量q?‎ ‎【例4】如图所示,足够长的U型金属框架放置在绝缘斜面上,斜面倾角30°,框架的宽度l=1.0 m、质量M=1.0 kg.导体棒ab垂直放在框架上,且可以无摩擦的运动.设不同质量的导体棒ab放置时,框架与斜面间的最大静摩擦力均为Fmax=7 N.导体棒ab电阻R=0.02 Ω,其余电阻一切不计.边界相距d的两个范围足够大的磁场Ⅰ、Ⅱ,方向相反且均垂直于金属框架,磁感应强度均为B= 0.2 T.导体棒ab从静止开始释放沿框架向下运动,当导体棒运动到即将离开Ⅰ区域时,框架与斜面间摩擦力第一次达到最大值;导体棒ab继续运动,当它刚刚进入Ⅱ区域时,框架与斜面间摩擦力第二次达到最大值.(g取10 m/s2).求:‎ ‎(1) 磁场Ⅰ、Ⅱ边界间的距离d;‎ ‎(2) 欲使框架一直静止不动,导体棒ab的质量应该满足的条件;‎ ‎(3) 质量为1.6 kg的导体棒ab在运动的全过程中,金属框架受到的最小摩擦力.‎ ‎【课堂作业】1、如图所示,足够长的光滑导轨ab、cd固定在竖直平面内,导轨间距为l,b、c两点间接一阻值为R的电阻,ef是一水平放置的导体杆,其质量为m、有效电阻值为R,杆与ab、cd保持良好接触,整个装置放在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直.现用一竖直向上的力拉导体杆,使导体杆从静止开始做加速度为的匀加速运动,上升了h高度,这一过程中bc间电阻R产生的焦耳热为Q,g为重力加速度,不计导轨电阻及感应电流间的相互作用.求:‎ ‎(1) 导体杆上升到h时所受拉力F的大小;‎ ‎(2) 导体杆上升到h过程中通过杆的电量;‎ ‎(3) 导体杆上升到h过程中所受拉力做的功.‎ ‎2、如图甲所示,质量m=6.0×10-3 kg、边长L=0.20 m、电阻R=1.0 Ω的正方形单匝金属线框abcd,置于倾角α=30°的绝缘斜面上,ab边沿水平方向,线框的上半部分处在垂直斜面向上的匀强磁场中,磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律周期性变化,若线框在斜面上始终保持静止,取g=10 m/s2.试求:‎ ‎(1) 在0~2.0×10-2 s时间内线框中产生的感应电流大小;‎ ‎(2) 在t=1.0×10-2 s时线框受到斜面的摩擦力;‎ ‎(3) 一个周期内感应电流在线框中产生的平均电功率.‎
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