《2013高考物理 考點訓練例題精析 專題15 電磁感應力學綜合題》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2013高考物理 考點訓練例題精析 專題15 電磁感應力學綜合題（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、電磁感應中的力學問題
電磁感應中中學物理的一個重要“節(jié)點”，不少問題涉及到力和運動、動量和能量、電路和安培力等多方面的知識，綜合性強，也是高考的重點和難點，往往是以“壓軸題”形式出現(xiàn)．因此，在二輪復習中，要綜合運用前面各章知識處理問題，提高分析問題、解決問題的能力．
本學案以高考題入手，通過對例題分析探究，讓學生感知高考命題的意圖，剖析學生分析問題的思路，培養(yǎng)能力．
例1.【2003年高考江蘇卷】如右圖所示，兩根平行金屬導端點P、Q用電阻可忽略的導線相連，兩導軌間的距離l=0.20 m．有隨時間變化的勻強磁場垂直于桌面，已知磁感應強度B與時間t的關系為B=kt
2、，比例系數(shù)k＝0.020 T／s．一電阻不計的金屬桿可在導軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導軌垂直．在t=0時刻，軌固定在水平桌面上，每根導軌每m的電阻為r0＝0.10Ω／m，導軌的金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，桿恒定的加速度從靜止開始向?qū)к壍牧硪欢嘶瑒?，求在t＝6.0 s時金屬桿所受的安培力．
[解題思路] 以a示金屬桿運動的加速度，在t時刻，金屬桿與初始位置的距離L＝at2
此時桿的速度v＝at
這時，桿與導軌構成的回路的面積S=Ll
回路中的感應電動勢E＝S＋Blv
而
回路的總電阻 R＝2Lr0
回路中的感應電流，
3、 作用于桿的安培力F＝BlI
解得
代入數(shù)據(jù)為F＝1.44×10-3N
例2． (2000年高考試題)如右上圖所示，一對平行光滑R軌道放置在水平地面上，兩軌道間距L＝0.20 m，電阻R＝1.0 Ω；有一導體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿與軌道的電阻皆可忽略不計，整個裝置處于磁感強度B＝0.50T的勻強磁場中，磁場方向垂直軌道面向下．現(xiàn)用一外力F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運動．測得力F與時間t的關系如下圖所示．求桿的質(zhì)量m和加速度a．
解析：導體桿在軌道上做勻加速直線運動，用v表示其速度，t表示時間，則有v＝at ①
桿切割磁感線，將產(chǎn)生感應電動勢E＝B
4、Lv ②
在桿、軌道和電阻的閉合回路中產(chǎn)生電流I=E/R ③
桿受到的安培力為F安=IBL ④
根據(jù)牛頓第二定律，有F－F安＝ma ⑤
聯(lián)立以上各式，得 ?、?
由圖線上各點代入⑥式，可解得
a＝10m/s2，m＝0.1kg
例3． (2003年高考新課程理綜)兩根平行的金屬導軌，固定在同一水平面上，磁感強度B＝0.05T的勻強磁場與導軌所在平面垂直，導軌的電阻很小，可忽略不計．導軌間的距離l＝0.20 m．兩根質(zhì)量均為m＝0.10 kg的平行金屬桿甲、乙可在導軌上無摩擦地滑動，滑動過程中與導軌保持垂直，每
5、根金屬桿的電阻為R＝0.50Ω．在t＝0時刻，兩桿都處于靜止狀態(tài)．現(xiàn)有一與導軌平行、大小為0.20 N的恒力F作用于金屬桿甲上，使金屬桿在導軌上滑動．經(jīng)過t＝5.0s，金屬桿甲的加速度為a＝1.37 m／s，問此時兩金屬桿的速度各為多少?
本題綜合了法拉第電磁感應定律、安培力、左手定則、牛頓第二定律、動量定理、全電路歐姆定律等知識，考查考生多角度、全方位綜合分析問題的能力．
設任一時刻t，兩金屬桿甲、乙之間的距離為x，速度分別為vl和v2，經(jīng)過很短的時間△t，桿甲移動距離v1△t，桿乙移動距離v2△t，回路面積改變
△S＝[(x一ν2△t)+ν1△t]l—lχ＝(ν1-ν2) △
6、t
由法拉第電磁感應定律，回路中的感應電動勢
E＝B△S/△t＝Bι(νl一ν2)
回路中的電流
i＝E／2 R
桿甲的運動方程
F—Bli＝ma
由于作用于桿甲和桿乙的安培力總是大小相等、方向相反，所以兩桿的動量(t＝0時為0)等于外力F的沖量．
Ft＝mνl＋mν2
聯(lián)立以上各式解得
ν1＝[Ft/m＋2R(F一ma)／B2l2]／2
ν2＝[Ft／m一2R(F一ma)／B2l2]／2
代入數(shù)據(jù)得移νl＝8.15 m／s，v2＝1.85 m／s
練
7、習
1、．如圖l，ab和cd是位于水平面內(nèi)的平行金屬軌道，其電阻可忽略不計．a(chǎn)f之間連接一阻值為R的電阻．ef為一垂直于ab和cd的金屬桿，它與ab和cd接觸良好并可沿軌道方向無摩擦地滑動．ef長為l，電阻可忽略．整個裝置處在勻強磁場中，磁場方向垂直于圖中紙面向里，磁感應強度為B，當施外力使桿ef以速度v向右勻速運動時，桿ef所受的安培力為( A )．
圖1 圖2
2、如圖2所示·兩條水平虛線之間有垂直于紙面向里、寬度為d、磁感應強度為B的勻強磁場．質(zhì)量為m、電阻為R的正方形
8、線圈邊長為L(L
9、方式隨時問變化時，導體圓環(huán)將受到向上的磁場力作用?( A )．
圖3 A B C D
4、如圖4所示，磁感應強度的方向垂直于軌道平面傾斜向下，當磁場從零均勻增大時，金屬桿ab始終處于靜止狀態(tài)，則金屬桿受到的靜摩擦力將( D )．
A．逐漸增大
B．逐漸減小
C．先逐漸增大，后逐漸減小
D．先逐漸減小，后逐漸增大
圖4
5、如圖所示，一閉合線圈從高處自由落下，穿過一個有界的水平方向的勻強磁場區(qū)(磁場方向與線圈平面垂直)，線圈的一個邊始終與磁場區(qū)的邊界平行，且保持
10、豎直的狀態(tài)不變．在下落過程中，當線圈先后經(jīng)過位置I、Ⅱ、Ⅲ時，其加速度的大小分別為a1、a2、a3( B )．
A． a1g，a3
11、度會趨近于一個最大速度Vm ,則( BC )．
A．如果B增大，Vm將變大 B．如果a變大， Vm將變大
C．如果R變大，Vm將變大 D．如果M變小，Vm將變大
7、超導磁懸浮列車是利用超導體的抗磁作用使列車車體向上浮起，同時通過周期性地變換磁極方向而獲得推進動力的新型交通工具．其推進原理可以簡化為如圖6所示的模型：在水平面上相距L的兩根平行直導軌問，有豎直方向等距離分布的勻強磁場B1和B2，且B1=B2=B，每個磁場的寬都是ι，相間排列，所有這些磁場都以速度V向右勻速運動．這時跨在兩導軌間的長為L、寬為ι的金屬框abcd(懸浮在導軌上方)在磁場力作用下也將會向
12、右運動．設金屬框的總電阻為R，運動中所受到的阻力恒為f，則金屬框的最大速度可表示為( C )．
圖7
A、 B、
C、 D、
8、水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，間距為L，一端通過導線與阻值為R的電阻連接；導軌上放一質(zhì)量為m的金屬桿(見圖)，金屬桿與導軌的電阻不計；均勻磁場豎直向下．用與導軌平行的恒定力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運動．當改拉力的大小時，相對應的勻速運動速度v也會改變，v和F的關系如圖 (取重力加速度g=10m／s 2)
(1)金屬桿
13、在勻速運動之前做作什么運動?
(2)若m＝0.5 kg，L＝0.5 m，R＝0.5 Ω，磁感應強度B為多大?
(3)由ν－F圖線的截距可求得什么物理量?其值為多少?
解： (1)變速運動(或變加速運動、加速度減小的加速運動，加速運動)．
(2)感應電動勢E—vBL，感應電流I=E/R
安培力
由圖可知金屬桿受拉力、安培力和阻力作用，勻速時合力為零
由圖線可以得到直線的斜率k=2
(3)由直線的截距可以求得金屬桿受到的阻力f， f=2(N)．
若金屬桿受到的阻力僅為動摩擦力，由截距可求得動摩擦因數(shù) μ=0.4
9、如圖所示，兩根足夠長的直金屬導軌
14、MN、PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻．一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下，導軌和金屬桿的電阻可忽略·讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦．
(1)由b向a方向看到的裝置如圖1 5—2所示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；
(2)在加速下滑過程中，當桿ab的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大?。?
(3)求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值．
解：(1)重力
15、mg，豎直向下；支撐力N，，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上．
(2)當ab桿速度為v時，感應電動勢E=BLv，此時電路電流
桿受到安培力
根據(jù)牛頓運動定律，有：
(3)當時，ab桿達到最大速度
10．如圖所示，電阻不計的平行金屬導軌MN和OP水平放置，MO間接有阻值為R的電阻，導軌相距為d，其間有豎直向下的勻強磁場，磁感強度為B．質(zhì)量為m、電阻為r的導體棒CD垂直于導軌放置，并接觸良好．用平行于MN的恒力F向右拉動CD，CD受恒定的摩擦阻力．f，已知F>f．問：
(1)CD運動的最大速度是多少?
(2)當CD達到最大速度后，電阻R消耗的電功率是多少?
(3)當CD的速度是最大速度的1/3時，CD的加速度是多少?
解析：(1)以金屬棒為研究對象，當CD受力：F=FA+f時，CD速度最大，
即：
(2)CD棒產(chǎn)生的感應電動勢為：
回路中產(chǎn)生的感應電流為：
則R中消耗的電功率為：
(3)當CD速度為最大速度的1/3即時，CD中的電流為最大值的1/3即則CD棒所受的安培力為：
CD棒的加速度為：
2013高考物理 考點訓練例題精析 專題15 電磁感應力學綜合題
