高中物理复习教案.电磁感应中的力学问题Word文档下载推荐.doc
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F
[P5.]07届12月江苏省丹阳中学试卷θ
θ
E
7.如图所示,两倾斜放置的光滑平行金属导轨间距为L,电阻不计,导轨平面与水平方向的夹角为θ,导轨上端接入一内电阻可忽略的电源,电动势为E.一粗细均匀的金属棒电阻为R,金属棒水平放在导轨上且与导轨接触良好.欲使金属棒静止在导轨上不动,则以下说法正确的是(AC)
A.可加竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为
B.可加竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为
C.所加匀强磁场磁感应强度的最小值为
[P6.]07届南京市综合检测题(三)8、超导体磁悬浮列车是利用超导体的抗磁化作用使列车车体向上浮起,同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具。
如图所示为磁悬浮列车的原理图,在水平面上,两根平行直导轨间有竖直方向且等距离的匀强磁场B1和B2,导轨上有一个与磁场间距等宽的金属框abcd。
当匀强磁场B1和B2同时以某一速度沿直轨道向右运动时,金属框也会沿直轨道运动。
设直轨道间距为L,匀强磁场的磁感应强度为B1=B2=B磁场运动的速度为v,金属框的电阻为R。
运动中所受阻力恒为f,则金属框的最大速度可表示为(C)
B1
B2
c
a
b
d
A、
B、
C、
D、
[P8.]t/s
F/N
4
8
12
16
20
24
28
3
07届南京市综合检测题(三)10.(16分)如图a所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距l=0.20m,电阻R=1.0。
有一导体静止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下。
现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之作匀加速运动,测得力F与时间t的关系如图b所示。
(1)在图b中画出安培力F安大小与时间t的关系图线
(2)求出杆的质量m和加速度a
解:
(1)如图所示。
(2)对杆应用牛顿定律,得
由以上各式得:
分别把t1=0、F1=2N及t1=10s、F1=3N代入上式解得
m=0.2kg(1分)、a=10m/s2
[P10.]07学年南京市期末质量调研18.(16分)如图所示,横截面为矩形的管道中,充满了水银,管道的上下两壁为绝缘板,左右两壁为导体板,(图中斜线部分),两导体板被一无电阻的导线短接。
管道的高度为,宽度为,长度为。
加在管道两端截面上的压强差恒为,水银以速度沿管道方向流动时,水银受到管道的阻力与速度成正比,即(为已知量)。
求:
(1)水银的稳定速度为多大?
(2)如果将管道置于一匀强磁场中,磁场与绝缘壁垂直,磁感应强度的大小为,方向向上,此时水银的稳定流速又是多大?
(已知水银的电阻率为,磁场只存在于管道所在的区域,不考虑管道两端之外的水银对电路的影响)
(1), (4分)
(2)感应电动势 (2分)
电阻 (2分)
由欧姆定律得 (2分)
由平衡条件可得 (3分)
所以 (2分)
[P12.]07年1月广东省汕尾市调研测试图12
17、(16分)如图12所示,两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内,距离为l=0.2m,在导轨的一端接有阻值为R=0.5Ω的电阻,在x≥0处有一与水平面垂直的均匀磁场,磁感强度B=0.5T。
一质量为m=0.1kg的金属直杆垂直放置在导轨上,并以v0=2m/s的初速度进人磁场,在安培力和一垂直于杆的水平外力F的共同作用下作匀变速直线运动,加速度大小为a=2m/s2,方向与初速度方向相反。
设导轨和金属杆的电阻都可以忽略,且接触良好,求:
(1)电流为零时金属杆所处的位置
(2)保持其他条件不变,而初速度v0取不同值,求开始时F的方向与初速度v0取值的关系。
(1)感应电动势E=Blv,感应电流I=E/R (3分)
∴I=0时,v=0
此时,=1(m) (2分)
(2)初始时刻,金属直杆切割磁感线速度最大,产生的感应电动势和感应电流最大
(2分)
开始时v=v0, (3分)
F+f=ma F=ma-f= (2分)
所以当v0<=10m/s时,F>0,方向与x轴正方向相反(2分)
当v0>=10m/s时,F<0,方向与x轴正方向相同 (2分)
[P15.]07年1月山东潍坊市期末统考17.(12分)如图所示,矩形导线框abcd,质量m=0.2kg,电阻r=1.6Ω,边长L1=1.0m,L2=0.8m.其下方距cd边h=0.8m处有一个仅有水平上边界PQ的匀强磁场,磁感应强度B=0.8T,方向垂直于纸面向里.
L2
h
P
Q
L1
现使线框从静止开始自由下落,下落过程中ab边始终水平,
且ab边进入磁场前的某一时刻,线框便开始匀速运动.不计
空气阻力,取g=10m/s2.
(1)通过计算说明进入磁场的过程中线框的运动情况;
(2)求线框匀速运动的速度大小;
(3)求线框进入磁场过程中产生的电热.
(1)由机械能守恒,有
①
②
线框将继续加速运动 ③
线框的加速度 ④
由于v增大,a将减小,最终匀速,即线框将做国速度逐渐减小的加速运动,
最后匀速,直至完全进入磁场. ⑤
(2)设匀速运动的速度为vm,由a=0得 ⑥
⑦
(3)由能量守恒,得
Q=mg(h+L2)-mvm2=0.2×
10×
(0.8+0.8)J-×
0.2×
5.02J=0.7J⑧
评分标准:
本题共12分.其中,①②③④⑤每式1分,⑥⑦每式2分,⑧式3分.
[P18.]V
M
N
R
甲
U/V
t/s
5
0.2
0.4
0.6
乙
07年1月海淀区期末练习17.(8分)如图13甲所示,光滑且足够长的金属导轨MN、PQ平行地固定的同一水平面上,两导轨间距L=0.20cm,两导轨的左端之间所接受的电阻R=0.40,导轨上停放一质量m=0.10kg的金属杆ab,位于两导轨之间的金属杆的电阻r=0.10,导轨的电阻可忽略不计。
整个装置处于磁感应强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向竖直向下。
现用一水平外力F水平向右拉金属杆,使之由静止开始运动,在整个运动过程中金属杆始终与导轨垂直并接触良好,若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图13乙所示。
求金属杆开始运动经t=5.0s时,
(1)通过金属杆的感应电流的大小和方向;
(2)金属杆的速度大小;
(3)外力F的瞬时功率。
解:
(1)由图象可知,…………………………(1分)
此时电路中的电流(即通过金属杆的电流)………………(1分)
用右手则定判断出,此时电流的方向由b指向a…………………………(1分)
(2)金属杆产生的感应电动势…………………………(1分)
因……(1分)
(3)金属杆速度为v时,电压表的示数应为
由图象可知,U与t成正比,由于R、r、B及L均与不变量,所以v与t成正比,即金属杆应沿水平方向向右做初速度为零的匀加速直线运动…………………(1分)
金属杆运动的加速度
根据牛顿第二定律,在5.0s末时对金属杆有F-BIL=ma,解得F=0.20N……(1分)
此时F的瞬时功率P=Fv=1.0W…………………………(1分)
[P21.]07年1月北京市崇文区期末统一练习18.(11)如图所示,abcd为质量M=2kg的U型导轨,放在水滑绝缘的水平面上,另有一根质量m=0.6kg的金属棒PQ平行于bc放在导轨上,PQ棒左边靠着绝缘的竖直立柱e、f。
导轨处于匀强磁场中,磁场以OO′为界,左侧的磁场方向竖直向上,右侧的磁场方向水平向右,磁场应强度大小都为B=0.8T。
导轨的bc段长L=0.5m,其电阻r=0.4Ω金属棒的电阻R=0.2Ω,其余电阻均可不计。
金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.2。
若在导轨上作用一个方向向左、大小为F=2N的水平拉力,设导轨足够长,求:
(g取10m/s2)
(1)导轨运动的最大加速度;
(2)导轨的最大速度;
(3)定性画出回路中感应电流随时间变化的图象。
(1)判断:
当t=0时a最大2分
据1分a=0.4m/s21分
(2)判断:
当导轨匀速运动时速度最大1分
F-IBL-μN=0……………①1分
N=mg-IBL………………②1分
I/A
…………………③1分
由①②③联立得v=3.75m/s2分
(3)感应电流随时间变化的I–t图象如图示
[P24.]07年扬州市期末调研测试16.(14分)一个质量m=0.1kg的正方形金属框总电阻R=0.5Ω,金属框放在表面绝缘且光滑的斜面顶端(金属框上边与AA′重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB′平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB′重合),设金属框在下滑过程中的速度为v,与此对应的位移为s,那么v2—s图象如图所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上,g=10m/s2。
(1)根据v2—s图象所提供的信息,计算出斜面倾角θ和匀强磁场宽度d.
(2)金属框从进入磁场到穿出磁场所用的时间是多少?
(3)匀强磁场的磁感应强度多大?
⑴由图象可知,从s=0到s1=1.6m过程中,金属框作匀加速运动
由公式v2=2as可得金属框的加速度m/s2(2分)
根据牛顿第二定律mgsinθ=ma1(2分)
金属框下边进磁场到上边出磁场,线框做匀速运动.
∴Δs=2L=2d=2.6-1.6=1m,d=L=0.5m(2分)
⑵金属框刚进入磁场时,
金属框穿过磁场所用的时间s(4分)
(3)因匀速通过磁场
所以磁感应强度的大小(4分)
[P27.]合肥市2007年教学质量检测一16.铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以获取火车运动信息,能产生磁感应强度为B的匀强磁场的装置,被安装在火车首节车厢下面,如图甲所示(俯视图)。
当它经过安放在两铁轨间的线圈时,线圈便会产生一电信号,传输给控制中心,线圈长为L宽为b,匝数为n,线圈和传输线的电阻忽略不计。
若火车通过线圈时,控制中心接收到的线圈两端的电压信号u与时间t的关系如图乙所示,同:
(1)t1时候火车的行驶速度为多大?
(2)火车在t1时刻到t2时刻的时间内做什么运动(简要说明理由)?
(3)上述时间内火车的加速度多大?
u
u2
u1
t1
t2
火车
铁轨
线圈
接控制中心
L
(1)由 ①…………………………2分
(2)从t1时刻到t2时刻过程中线圈两端产生电压随时间做线性变化,而火车运行速度,所以火车做匀加速直线运动。
②…………………………2分
(3)在t2时刻:
③…………………………3分
所以此过程火车运行加速度 ④……………3分
[P29.]07年苏锡常镇四市二模18.(16分)如图所示,光滑的平行金属导轨CD与EF间距为L=lm,与水平地面夹角为θ,且sinθ=0.4,导轨L端用导线CE连接,导轨和连接导线的电阻不计,导轨处在磁感应强度为B=0.1T、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中一根电阻为R=1Ω的金属棒MN两端有导电小轮搁在两导轨上,棒上有吸水装置P.取沿导轨向下为x轴正方向.坐标原点O在CE中点.开始时棒处在x=0位置(即与CE重合),棒的起始质量不计.设棒自静止开始下滑,同时开始吸水,质量逐渐增大,设棒的质量与位移x的平方根成正比,即,k为一常数,k=0.01kg/m,g取10m/s2
C
O
E
D
x
è
问:
(l)金属棒下滑2m位移过程中,流过棒的电荷量是多少?
(2)猜测金属棒下滑过程中做的是什么性质的运动,并加以证明
(3)金属棒下滑lm位移时速度为多大?
18.
(1)q=IΔt=ΔΦ/R=BS/R=0.2C
(2)假设做匀变速运动有
则得:
从上述方程可以看出a的解是一个定值,与位移x无关,表明前面的假设成立,即棒是做匀加速运动。
(3)将数据代入a=2m/s2
[P32.]H=4.8m
e
f
g
A
06年5月深圳市第二次调研考试16、(16分)如图所示,光滑矩形斜面ABCD的倾角θ=300,在其上放置一矩形金属线框abcd,ab的边长l1=1m,bc的边长l2=0.6m,线框的质量m=1kg,电阻R=0.1Ω,线框通过细线绕过定滑轮与重物相连,细线与斜面平行且靠近;
重物质量M=2kg,离地面的高度为H=4.8m;
斜面上efgh区域是有界匀强磁场,磁感应强度的大小为0.5T,方向垂直于斜面向上;
已知AB到ef的距离为4.2m,ef到gh的距离为0.6m,gh到CD的距离为3.2m,取g=10m/s2;
现让线框从静止开始运动(开始时刻,cd边与AB边重合),求:
v/ms-1
0.5
1.0
1.5
2.0
4.0
6.0
(1)通过计算,在右图中画出线框从静止开始运动到cd边与CD边重合时(不考虑ab边离开斜面后线框的翻转),线框的速度—时间图象.
(2)线框abcd在整个运动过程中产生的焦耳热.
(1)解法一:
如图所示,线框abcd由静止沿斜面向上运动,到ab与ef线重合过程中,线框受恒力作用,线框和重物以共同的加速度做匀加速运动,设为a1,则:
对M:
对m:
(或对系统直接列出:
亦可)
联立得:
①、②m/s(2分)
设ab恰好要进入磁场时的速度为,则:
m/s(1分)
该过程的时间为:
s(1分)
ab边刚进入磁场时:
(或列出)
联立求解得:
=(3分)
故线框进入磁场后,做匀速直线运动,直到cd边离开gh的瞬间为止。
s(1分)
此时M刚好着地,细绳松弛,线框继续向上做减速运动,其加速度大小为:
m/s2,(1分)
直到线框的cd边离开CD线。
设线框cd边离开CD的速度为
m/s(1分)
则线框的速度——时间图象如右图(2分)
解法二:
如图所示,线框abcd由静止沿斜面向上运动到ab与ef线重合的过程中,线框和重物在恒力作用下以共同的加速度做匀加速运动.
设ab恰好要进入磁场时的速度为,对线框和重物的整体在这一过程运用动能定理:
(2分)
解得:
(1分)
ab边刚进入磁场时由于切割磁感线而产生电流,所以线框受到沿斜面向下的安培力作用:
(2分)
故此时,(1分)
s(1分)
此时M刚好着地,细绳松弛,线框继续向上做减速运动,设线框的cd边到达CD线
的速度为,则对线框有:
得
m/s(1分)
(2)解法一:
J(3分)
(3分)
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