備戰(zhàn)高考物理壓軸題之法拉第電磁感應定律(備戰(zhàn)高考題型整理-突破提升)含詳細答案-資料下載頁
2025-04-02 00:14本頁面
【正文】 力F作用下，以水平速度v沿金屬導軌向右做勻速直線運動，導體棒ab始終與金屬導軌形成閉合回路．已知導體棒ab的長度恰好等于平行導軌間距l(xiāng)，磁場的磁感應強度大小為B，忽略摩擦阻力．(1)求導體棒ab運動過程中產(chǎn)生的感應電動勢E和感應電流I；(2)從微觀角度看，導體棒切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢是由于導體內部的自由電荷受到沿棒方向的洛倫茲力做功而產(chǎn)生的．如圖乙(甲圖中導體棒ab)所示，為了方便，可認為導體棒ab中的自由電荷為正電荷，每個自由電荷的電荷量為q，設導體棒ab中總共有N個自由電荷．；，推導非靜電力做功的功率等于拉力做功的功率．【答案】(1) (2) 宏觀角度【解析】(1)根據(jù)法拉第電磁感應定律，感應電動勢導體棒水平向右勻速運動，受力平衡，則有聯(lián)立解得：(2)a如圖所示：每個自由電荷沿導體棒定向移動，都會受到水平向左的洛倫茲力所有自由電荷所受水平向左的洛倫茲力的合力宏觀表現(xiàn)為安培力則有：解得：B, 宏觀角度：非靜電力對導體棒ab中所有自由電荷做功的功率等于感應電源的電功率，則有：拉力做功的功率為：因此，即非靜電力做功的功率等于拉力做功的功率；微觀角度：如圖所示：對于一個自由電荷q，非靜電力為沿棒方向所受洛倫茲力非靜電力對導體棒ab中所有自由電荷做功的功率將u和代入得非靜電力做功的功率拉力做功的功率因此即非靜電力做功的功率等于拉力做功的功率.14．如圖所示，光滑的平行金屬導軌水平放置，電阻不計，導軌間距為l，左側接一阻值為R的電阻．區(qū)域cdef內存在垂直軌道平面向下的有界勻強磁場，磁場寬度為s．一質量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導軌上，與導軌垂直且接觸良好，受到F＝＋(N)(v為金屬棒速度)的水平外力作用，從磁場的左邊界由靜止開始向右運動，測得電阻兩端電壓隨時間均勻增大．(已知：l＝1m，m＝1kg，R＝，r＝，s＝1m)(1)求磁感應強度B的大??；(2)若撤去外力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足 (v0是撤去外力時，金屬棒速度)，且棒在運動到ef處時恰好靜止，則外力F作用的時間為多少？(3)若在棒未出磁場區(qū)域時撤出外力，畫出棒在整個運動過程中速度隨位移變化所對應的各種可能的圖線．【答案】(1)B＝ (2) t＝1s (3)可能的圖像如圖： 【解析】(1)R兩端電壓U∝I∝E∝v，U隨時間均勻增大，即v隨時間均勻增大．所以加速度為恒量． 將F＝＋： 因為加速度為恒量，與v無關，所以a＝ m/s2代入數(shù)據(jù)得：B＝ T.(2)設外力F作用時間為t. x1＋x2＝s，所以 ＋－1＝0，解方程得t＝1 s或t＝－5 s(舍去)．(3)可能圖線如下：【點睛】根據(jù)物理規(guī)律找出物理量的關系，通過已知量得出未知量．要善于對物體過程分析和進行受力分析，運用牛頓第二定律結合運動學公式解決問題．15．如圖所示，無限長金屬導軌EF、PQ固定在傾角為θ＝53176。的光滑絕緣斜面上，軌道間距L＝1 m，底部接入一阻值為R＝ Ω的定值電阻，上端開口．垂直斜面向上的勻強磁場的磁感應強度B＝2 T．一質量為m＝ kg的金屬棒ab與導軌接觸良好，ab與導軌間的動摩擦因數(shù)μ＝，ab連入導軌間的電阻r＝ Ω，電路中其余電阻不計．現(xiàn)用一質量為M＝ kg 的物體通過一不可伸長的輕質細繩繞過光滑的定滑輪與ab相連．由靜止釋放M，當M下落高度h＝ m時，ab開始勻速運動(運動中ab始終垂直導軌，并接觸良好)．不計空氣阻力，sin 53176。＝，cos 53176。＝，取g＝10 m/s2．求：(1)ab棒沿斜面向上運動的最大速度vm；(2)ab棒從開始運動到勻速運動的這段時間內電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱QR和流過電阻R的總電荷量q．【答案】（1）3m/s．（2），8C【解析】【分析】【詳解】（1）由題意知，由靜止釋放M后，ab棒在繩拉力T、重力mg、安培力F和軌道支持力N及摩擦力f共同作用下做沿軌道向上做加速度逐漸減小的加速運動直至勻速運動，當達到最大速度時，由平衡條件有：T﹣mgsinθ﹣F﹣f＝0…①N﹣mgcosθ＝0…②T＝Mg…③又由摩擦力公式得 f＝μN…④ab所受的安培力 F＝BIL…⑤回路中感應電流 I⑥聯(lián)解①②③④⑤⑥并代入數(shù)據(jù)得：最大速度 vm＝3m/s…⑦（2）由能量守恒定律知，系統(tǒng)的總能量守恒，即系統(tǒng)減少的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能、焦耳熱及摩擦而轉化的內能之和，有：Mgh﹣mghsinθQ+fh…⑧電阻R產(chǎn)生的焦耳熱 QRQ…⑨根據(jù)法拉第電磁感應定律和閉合電路歐姆定律有：流過電阻R的總電荷量 q△t…⑩電流的平均值 ?感應電動勢的平均值 ?磁通量的變化量△Φ＝B?（Lh）…?聯(lián)解⑧⑨⑩???并代入數(shù)據(jù)得：QR＝，q＝8C
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