高三物理电磁感应中的能量问题 人教版.rar

用心爱心专心117号编辑6高三物理电磁感应中的能量问题功能分析，电磁感应过程往往涉及多种能量形势的转化。例如：如图所示中的金属棒ab沿导轨由静止下滑时，重力势能减小，一部分用来克服安培力做功转化为感应电流的电能，最终在R上转转化为焦耳热，另一部分转化为金属棒的动能．若导轨足够长，棒最终达到稳定状态为匀速运动时，重力势能用来克服安培力做功转化为感应电流的电能，因此，从功和能的观点人手，分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系，往往是解决电磁感应问题的重要途径。动量守恒定律是物理学的基本定律之一，许多电学类题目也需应用动量守恒求解．例1．如图所示，金属杆a在h高处从静止开始沿弧形金属轨道下滑，导轨的水平部分处在竖直向上的匀强磁场B中，水平部分原来放有一金属杆b，已知ma∶mb＝3∶4，导轨足够长，不计摩擦，求：（1）金属杆a和b的最大速度分别为多大?（2）整个过程释放出来的最大电能是多少（设ma已知）?例2．如图所示，光滑导轨MN、PQ的水平部分处在方向竖直向上、磁感强度为Ｂ的匀强磁场中，导轨右部宽度为l，左部宽度为2l，将质量均为m的金属棒ab和cd分别置于导轨上不同宽度处，ab棒位于距水平导轨高度为h的地方．试求ab棒由静止释放自由下滑（设导轨左右两部分足够长），直至金属棒运动达到稳定状态的过程中，整个系统所产生的焦耳热．例3．如图5-2-12，光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连，水平轨道上方有一足够长的金属杆，杆上挂有一光滑螺线管，在弧形轨道上高为H的地方无初速释放一磁铁（可视为质点），下滑至水平轨道时恰好沿螺线管的轴心运动，设的质量分别为M、m，求：BAR图5-2-12⑴螺线管获得的最大速度⑵全过程中整个电路所消耗的电能例4：电阻为R的矩形导线框abcd，边长ab=L，ad=h，质量为m，自某一高度H自由落下通过一匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁场区域的宽度为h，如图所示，若线框恰好又恒定速度通过磁场，求：（1）高度H应满足什么条件？（2）线框通过磁场的过程中产生的焦耳热。例5如图所示，电动机牵引的是一根原来静止的长L=1m，质量m=0.1kg的金属棒MN，棒电阻R=1Ω，MN架在处于磁感强度B=1T的水平匀强磁场中的竖直放置的固定框架上，磁场方向与框架平面垂直，当导体棒上升h=3.8m时获得稳定速度，其产生的焦耳热Q=2J，电动机牵引棒时，伏特表、安培表的读数分别为7V、1A，已知电动机的内阻r=1Ω，不计框架电阻及一切摩擦，g取10m/s2，求：（1）金属棒所达到的稳定速度大小。v=2m/s（2）金属棒从静止开始运动到达稳定速度所需的时间。1s例6如图12-23所示，一矩形线圈面积为400cm2，匝数为100匝，绕线圈的中心轴线以角速度匀速转动，匀强磁场的磁感强度，转动轴与磁感线垂直，线圈电阻为，，，其余电阻不计，电键K断开，当线圈转到线圈平面与磁感线平行时，线圈所受磁场力矩为。求：（1）线圈转动的角速度。（2）感应电动势的最大值。（3）电键K闭合后，线圈的输出功率。例7如图1所示，矩形裸导线框长边的长度为2，短边的长度为，在两个短边上均接有电阻R，其余部分电阻不计，导线框一长边与轴重合，左边的坐标x=0，线框内有一垂直于线框平面的磁场，磁场的感应强度满足关系。一光滑导体棒AB与短边平行且与长边接触良好，电阻也是R，开始时导体棒处于x=0处，从t=0时刻起，导体棒AB在沿x方向的力F作用下做速度为v的匀速运动，求：（1）导体棒AB从x=0到x=2的过程中力F随时间t变化的规律；（2）导体棒AB从x=0到x=2的过程中回路产生的热量。例8如图2所示，两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内，它们之间的距离为=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=01kg的金属杆垂直放置在导轨上，并以v0=2m/s的初速度进入磁场，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）电流为最大值的一半时施加在金属杆上外力F的大小和方向；（3）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。例9如图5所示，在水平面上有一个固定的两根光滑金属杆制成的37°角的导轨AO和BO，在导轨上放置一根和OB垂直的金属杆CD，导轨和金属杆是用同种材料制成的，单位长度的电阻值均为0.1Ω/m，整个装置位于垂直红面向里的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度随时间的变化关系为B=0.2tT，现给棒CD一个水平向右的外力，使CD棒从t=0时刻从O点处开始向右做匀加速直线运动，运动中CD棒始终垂直