高三物理下学期电磁感应动态问题分析(整理2019年11月)
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高考物理电磁感应现象压轴题知识归纳总结含答案解析一、高中物理解题方法:电磁感应现象的两类情况1.如图所示,质量为4m 的物块与边长为L 、质量为m 、阻值为R 的正方形金属线圈abcd 由绕过轻质光滑定滑轮的绝缘细线相连,已知细线与斜面平行,物块放在光滑且足够长的固定斜面上,斜面倾角为300。
垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为B ,磁场上下边缘的高度为L ,上边界距离滑轮足够远,线圈ab 边距离磁场下边界的距离也为L 。
现将物块由静止释放,已知线圈cd 边出磁场前线圈已经做匀速直线运动,不计空气阻力,重力加速度为g ,求:(1)线圈刚进入磁场时ab 两点的电势差大小 (2)线圈通过磁场的过程中产生的热量【答案】(1)3245ab U BL gL =;(2)32244532m g R Q mgL B L =-【解析】 【详解】(1)从开始运动到ab 边刚进入磁场,根据机械能守恒定律可得214sin 30(4)2mgL mgL m m v =++,25v gL =应电动势E BLv =,此时ab 边相当于是电源,感应电流的方向为badcb ,a 为正极,b 为负极,所以ab 的电势差等于电路的路端电压,可得332445ab U E BL gL == (2)线圈cd 边出磁场前线圈已经做匀速直线运动,所以线圈和物块均合外力为0,可得绳子的拉力为2mg ,线圈受的安培力为mg ,所以线圈匀速的速度满足22mB L v mg R=,从ab 边刚进入磁场到cd 边刚离开磁场,根据能量守恒定律可知2143sin 3(4)2m mg L mgL m m v Q θ=+++,32244532m g R Q mgL B L=-2.如图,垂直于纸面的磁感应强度为B ,边长为 L 、电阻为 R 的单匝方形线圈 ABCD 在外力 F 的作用下向右匀速进入匀强磁场,在线圈进入磁场过程中,求:(1)线圈进入磁场时的速度 v 。
高考物理电磁感应现象压轴难题知识归纳总结含答案解析一、高中物理解题方法:电磁感应现象的两类情况1.如图,垂直于纸面的磁感应强度为B ,边长为 L 、电阻为 R 的单匝方形线圈 ABCD 在外力 F 的作用下向右匀速进入匀强磁场,在线圈进入磁场过程中,求: (1)线圈进入磁场时的速度 v 。
(2)线圈中的电流大小。
(3)AB 边产生的焦耳热。
【答案】(1)22FR v B L =;(2)F I BL=;(3)4FL Q =【解析】 【分析】 【详解】(1)线圈向右匀速进入匀强磁场,则有F F BIL ==安又电路中的电动势为E BLv =所以线圈中电流大小为==E BLvI R R 联立解得22FRv B L =(2)根据有F F BIL ==安得线圈中的电流大小F I BL=(3)AB 边产生的焦耳热22()4AB F R L Q I R t BL v==⨯⨯ 将22FRv B L =代入得 4FL Q =2.如图,水平面(纸面)内同距为l 的平行金属导轨间接一电阻,质量为m 、长度为l 的金属杆置于导轨上,t =0时,金属杆在水平向右、大小为F 的恒定拉力作用下由静止开始运动.0t 时刻,金属杆进入磁感应强度大小为B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动.杆与导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为μ.重力加速度大小为g .求(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小; (2)电阻的阻值.【答案】0F E Blt g m μ⎛⎫=- ⎪⎝⎭ ; R =220B l t m【解析】 【分析】 【详解】(1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a ,由牛顿第二定律得:ma=F-μmg ① 设金属杆到达磁场左边界时的速度为v ,由运动学公式有:v =at 0 ②当金属杆以速度v 在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律,杆中的电动势为:E=Blv ③ 联立①②③式可得:0F E Blt g m μ⎛⎫=-⎪⎝⎭④ (2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆的电流为I ,根据欧姆定律:I=ER⑤ 式中R 为电阻的阻值.金属杆所受的安培力为:f BIl = ⑥ 因金属杆做匀速运动,由牛顿运动定律得:F –μmg–f=0 ⑦联立④⑤⑥⑦式得: R =220B l t m3.如图所示,在倾角为37︒的光滑斜面上存在两个磁感应强度均为B 的匀强磁场区域。
高考物理电磁感应现象压轴难题知识归纳总结及答案一、高中物理解题方法:电磁感应现象的两类情况1.某科研机构在研究磁悬浮列车的原理时,把它的驱动系统简化为如下模型;固定在列车下端的线圈可视为一个单匝矩形纯电阻金属框,如图甲所示,MN 边长为L ,平行于y 轴,MP 边宽度为b ,边平行于x 轴,金属框位于xoy 平面内,其电阻为1R ;列车轨道沿Ox 方向,轨道区域内固定有匝数为n 、电阻为2R 的“”字型(如图乙)通电后使其产生图甲所示的磁场,磁感应强度大小均为B ,相邻区域磁场方向相反(使金属框的MN 和PQ 两边总处于方向相反的磁场中).已知列车在以速度v 运动时所受的空气阻力f F 满足2f F kv =(k 为已知常数).驱动列车时,使固定的“”字型线圈依次通电,等效于金属框所在区域的磁场匀速向x 轴正方向移动,这样就能驱动列车前进.(1)当磁场以速度0v 沿x 轴正方向匀速移动,列车同方向运动的速度为v (0v <)时,金属框MNQP 产生的磁感应电流多大?(提示:当线框与磁场存在相对速度v 相时,动生电动势E BLv =相)(2)求列车能达到的最大速度m v ;(3)列车以最大速度运行一段时间后,断开接在“” 字型线圈上的电源,使线圈与连有整流器(其作用是确保电流总能从整流器同一端流出,从而不断地给电容器充电)的电容器相接,并接通列车上的电磁铁电源,使电磁铁产生面积为L b ⨯、磁感应强度为B '、方向竖直向下的匀强磁场,使列车制动,求列车通过任意一个“”字型线圈时,电容器中贮存的电量Q .【答案】(1) 012() BL v v R -222210122BL B L kR v B L +-24nB Lb R ' 【解析】 【详解】解:(1)金属框相对于磁场的速度为:0v v - 每边产生的电动势:0()E BL v v =-由欧姆定律得:12E I R = 解得:01(2 )BL v v I R -=(2)当加速度为零时,列车的速度最大,此时列车的两条长边各自受到的安培力:B F BIL =由平衡条件得:20B f F F -= ,已知:2f F kv =解得:222210122m BL B L kR v B L v kR +-=(3)电磁铁通过字型线圈左边界时,电路情况如图1所示:感应电动势:n E tφ∆=∆,而B Lb φ∆=' 电流:12E I R =电荷量:11Q I t =∆ 解得:12nB LbQ R '= 电磁铁通过字型线圈中间时,电路情况如图2所示:B Lb φ∆=',2222E nI R tφ∆==∆ 22Q I t =∆解得:222nB LbQ R '= 电磁铁通过字型线圈右边界时,电路情况如图3所示:n E tφ∆=∆, B Lb φ∆=',32E I R =33Q I t =∆解得:32nB LbQ R '=, 总的电荷量:123Q Q Q Q =++ 解得:24nB LbQ R '=2.如图所示,在倾角30o θ=的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小相等、方向分别垂直斜面向上和垂直斜面向下的匀强磁场,两磁场宽度均为L 。