備戰(zhàn)高考物理培優(yōu)-易錯(cuò)-難題(含解析)之法拉第電磁感應(yīng)定律及詳細(xì)答案(編輯修改稿)
2025-04-02 00:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 均為m=，電阻分別為RMN=1Ω和RPQ=2Ω．MN置于水平導(dǎo)軌上，與水平導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=，PQ置于光滑的傾斜導(dǎo)軌上，兩根金屬棒均與導(dǎo)軌垂直且接觸良好．從t=0時(shí)刻起，MN棒在水平外力F1的作用下由靜止開始以a=1m/s2的加速度向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，PQ則在平行于斜面方向的力F2作用下保持靜止?fàn)顟B(tài)．t=3s時(shí)，PQ棒消耗的電功率為8W，不計(jì)導(dǎo)軌的電阻，水平導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，MN始終在水平導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)．求：（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。唬?）t=0～3s時(shí)間內(nèi)通過MN棒的電荷量；（3）求t=6s時(shí)F2的大小和方向；（4）若改變F1的作用規(guī)律，使MN棒的運(yùn)動(dòng)速度v與位移s滿足關(guān)系：v=，PQ棒仍然靜止在傾斜軌道上．求MN棒從靜止開始到s=5m的過程中，系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱．【答案】（1）B = 2T；（2）q = 3C；（3）F2=（負(fù)號(hào)說明力的方向沿斜面向下）（4）【解析】【分析】t=3s時(shí)，PQ棒消耗的電功率為8W，由功率公式P=I2R可求出電路中電流，由閉合電路歐姆定律求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．已知MN棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由速度時(shí)間公式求出t=3s時(shí)的速度，即可由公式E=BLv求出磁感應(yīng)強(qiáng)度B；根據(jù)速度公式v=at、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式E=BLv、閉合電路歐姆定律和安培力公式F=BIL結(jié)合，可求出PQ棒所受的安培力大小，再由平衡條件求解F2的大小和方向；改變F1的作用規(guī)律時(shí)，MN棒做變加速直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗俣葀與位移x成正比，所以電流I、安培力也與位移x成正比，可根據(jù)安培力的平均值求出安培力做功，系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量等于克服安培力，即可得解．【詳解】（1）當(dāng)t=3s時(shí)，設(shè)MN的速度為v1，則v1=at=3m/s感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E1=BL v1根據(jù)歐姆定律有：E1=I(RMN+ RPQ)根據(jù)P=I2 RPQ代入數(shù)據(jù)解得：B=2T(2)當(dāng)t＝6 s時(shí)，設(shè)MN的速度為v2，則速度為：v2＝at＝6 m/s感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E2＝BLv2＝12 V根據(jù)閉合電路歐姆定律：安培力為：F安＝BI2L＝8 N規(guī)定沿斜面向上為正方向，對(duì)PQ進(jìn)行受力分析可得：F2＋F安cos 37176。＝mgsin 37176。代入數(shù)據(jù)得：F2＝－ N(負(fù)號(hào)說明力的方向沿斜面向下)(3)MN棒做變加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)x＝5 m時(shí)，v＝＝5 m/s＝2 m/s因?yàn)樗俣葀與位移x成正比，所以電流I、安培力也與位移x成正比，安培力做功：【點(diǎn)睛】本題是雙桿類型，分別研究它們的情況是解答的基礎(chǔ)，運(yùn)用力學(xué)和電路．關(guān)鍵要抓住安培力與位移是線性關(guān)系，安培力的平均值等于初末時(shí)刻的平均值，從而可求出安培力做功．9．現(xiàn)代人喜歡到健身房騎車鍛煉，某同學(xué)根據(jù)所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)發(fā)電測(cè)速裝置，如圖所示。自行車后輪置于垂直車身平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，后輪圓形金屬盤在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可等效成一導(dǎo)體棒繞圓盤中心O轉(zhuǎn)動(dòng)。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0．5T，圓盤半徑l=0．3m，圓盤電阻不計(jì)。導(dǎo)線通過電刷分別與后輪外邊緣和圓心O相連，導(dǎo)線兩端a、b間接一阻值R=10Ω的小燈泡。后輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，用電壓表測(cè)得a、b間電壓U=0．6V。（1）與a連接的是電壓表的正接線柱還是負(fù)接線柱？（2）圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)10分鐘，則此過程中產(chǎn)生了多少電能？（3）自行車車輪邊緣線速度是多少？【答案】（1）a點(diǎn)接電壓表的負(fù)接線柱；（2） (3) 【解析】試題分析：（1）根據(jù)右手定則，輪子邊緣點(diǎn)是等效電源的負(fù)極，則a點(diǎn)接電壓表的負(fù)接線柱；（2）根據(jù)焦耳定律代入數(shù)據(jù)得Q=21．6J（3）由得v=lω=8m/s考點(diǎn)：右手定則；焦耳定律；法拉第電磁感應(yīng)定律【名師點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵是明確電壓的測(cè)量原理，然后結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、線速度與角速度的關(guān)系、機(jī)械能的概念列式求解，不難。10．如圖甲所示為發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)化模型，固定于絕緣水平桌面上的金屬導(dǎo)軌，處在方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體棒ab在水平向右的拉力F作用下，以水平速度v沿金屬導(dǎo)軌向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒ab始終與金屬導(dǎo)軌形成閉合回路．已知導(dǎo)體棒ab的長(zhǎng)度恰好等于平行導(dǎo)軌間距l(xiāng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，忽略摩擦阻力．(1)求導(dǎo)體棒ab運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感
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