20xx教科版高中物理選修3-2第1章第5節(jié)電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒-wenkub.com
2024-12-04 03:13 本頁(yè)面
【正文】 ＝ )求： 圖 3 (1)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小； (2)導(dǎo)體棒從靜止開始下滑到剛開始勻速運(yùn)動(dòng)，這一過(guò)程中導(dǎo)體棒的有效電阻消耗的電功． 解析 (1)導(dǎo)體棒受力分析如圖，勻速下滑時(shí)有 平行斜面方向： mgsin θ － f－ F＝ 0 垂直斜面方向： N－ mgcos θ ＝ 0 其中 f＝ μN(yùn) 安培力 F＝ BIL 電流強(qiáng)度 I＝ ER 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E＝ BLv 由以上各式得 v＝ 5 m/s (2)通過(guò)導(dǎo)體棒的電荷量 Q＝ I Δ t 其中平均電流 I ＝ER ＝Δ ΦRΔ t 設(shè)導(dǎo)體棒下滑位移為 x，則 Δ Φ ＝ BxL 由以上各式得 x＝ QRBL＝ 2 m＝ 10 m 全程由動(dòng)能定理得 mgxsin θ － W 安 － μmgx cos θ ＝ 12mv2 其中克服安培力做功 W 安 等于電功 W 則 W＝ mgxsin θ － μmgx cos θ － 12mv2 ＝ (12－ 8－ ) J ＝ J. 答案 (1)5 m/s (2) J 針對(duì)訓(xùn)練 如圖 4所示，矩形線圈長(zhǎng)為 L，寬為 h，電阻為 R，質(zhì)量為 m，線圈在空氣中豎直下落一段距離后 (空氣阻力不計(jì) )，進(jìn)入一寬度也為 h、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．線圈進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為 Ek1，線圈剛穿出磁場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能為 Ek2，從線圈剛進(jìn)入磁場(chǎng)到線圈剛穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量為 Q，線圈克服安培力做的功為 W1，重力做的功為 W2，則以下關(guān)系中正確的是 ( ) 圖 4 A． Q＝ Ek1－ Ek2 B． Q＝ W2－ W1 C． Q＝ W1 D． W2＝ Ek2－ Ek1 答案 C 解析 線圈進(jìn)入磁場(chǎng)和離開磁場(chǎng)的過(guò)程中，產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到安培力的作用，線圈克服安培力所做的功等于產(chǎn)生的熱量，故選項(xiàng) C 正確．根據(jù)功能的轉(zhuǎn)化關(guān)系得，線圈減少的機(jī)械能等于產(chǎn)生的熱量，即 Q＝ W2＋ Ek1－ Ek2，故選項(xiàng) A、 B錯(cuò)誤．根據(jù)動(dòng)能定理得 W2－ W1＝ Ek2－ Ek1，故選項(xiàng) D錯(cuò)誤． 1． (電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 )如圖 5 所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)存在于虛線框內(nèi)，矩形線圈豎直下落．如果線圈中受到的安培力總小于其重力，則它在 4 位置時(shí)的加速度關(guān)系為 ( ) 圖 5 A． a1＞ a2＞ a3＞ a4 B． a1＝ a2＝ a3＝ a4 C． a1＝ a3＞ a2＞ a4 D． a1＝ a3＞ a2＝ a4 答案 C 解析 線圈自由下落時(shí)，加速度為 a1＝ ，磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈不受安培力作用，只受重力，加速度為 a3＝ ，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，將受到向上的安培力，根據(jù)牛頓第二定律知， a2＜ g， a4＜ 中時(shí)做勻加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá) 4處的速度大于 2處的速度，則線圈在 4處所受的安培力大于在 2處所受的安培力，又知，磁場(chǎng)力總小于重力，則 a2＞ a4， 故 a1＝ a3＞ a2＞ C. 2. (電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化與守恒 )如圖 6所示，兩根光滑的金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為 θ 的斜面上，導(dǎo)軌的左端接有電阻 R，導(dǎo)軌自身的電阻可忽略不計(jì)．斜面處在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上．質(zhì)量為 m、電阻可以忽略不計(jì)的金屬棒 ab，在沿著斜面與金屬棒垂直的恒力 F 作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，且上升的高度為 h，在這一過(guò)程中 ( ) 圖 6 A．作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于零 B．作用于金屬棒上的各個(gè)力的合力所做的功等于 mgh 與電阻 R上產(chǎn)生的焦耳熱之和 C．恒力 F 與安培力的合力所做的功等于零 D．恒力 F 與重力的合力所做的功等于電阻 R 上產(chǎn)生的焦耳熱 答案 AD 解析 金屬棒勻速上滑的過(guò)程中，對(duì)金屬棒受力分析可知，有三個(gè)力對(duì)金屬棒做功，恒力 F 做正功，重力做負(fù)功，安培力阻礙金屬棒相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沿斜面向下，做負(fù)功．勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受合 力為零，故合力做功為零， A 正確；克服安培力做多少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電路中的電能，電能又等于 R上產(chǎn)生的焦耳熱，故外力 F與重力的合力所做的功等于電阻 R上產(chǎn)生的焦耳熱， D 正確． 3. 如圖 7所示，長(zhǎng)為 L寬為 L2的矩形線圈的電阻為 R，處于磁感應(yīng) 強(qiáng)度為 B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊緣，線圈與磁感線垂直，求將線圈以向右的速度 v勻速拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中， 圖 7 (1)
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