高考电磁感应综合典型例题及解析(2)

2019-01-12 12:17

所以,电动势

运用右手定则可判定,直导线AB段中感应电流的方向由A向B,B端电势高于A端.

AB段直导线电阻为电源内电阻r,r=1.25×0.40=0.50Ω.

中电流之和)应为

设圆环上发热损耗的电功率为P,则

P=I2总R外=0.202×2.5=0.10W.

【说明】

电磁感应现象常与其他现象一起出现,就形成许多综合题。这些综合题常涉及到安培力、欧姆定律、电功率、牛顿定律、动量定理、动能定理、热和功等。一道综合题出现许多物理现象,这些物理现象或者一先一后出现或者同时出现,互相制约。解综合题时,在弄清题意后重要的是分析题目由哪些基本物理现象组成,再选用相应的规律,分析物理过程,建立解题方程求解。 【例5】固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd各边长为L,其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝,其余三边均为电阻可以忽略的铜线,磁感应强度为B,

方向垂直纸面向里,现有一段与ab完全相同的电阻丝PQ架在导线框上(如图l所示),以恒定的速度v从ad滑向bc,当PQ滑过L/3的距离时,通过aP段电阻丝的电流强度是多大?方向?

【分析】PQ在磁场中切割磁感线运动产生感应电动势,由于是回路,故电路中有感应电流,可将电阻丝PQ视为有内阻的电源,电阻丝

【解答】电源电动势为ε=BvL,外电阻为

【说明】这是电磁感应与电路结合的综合题,切割的导体产生感应电动势相当电源,画出等效电路应用欧姆定律就可求解。

【例6】 图1装置中a、b是两根平行直导轨,MN和OP是垂直跨在a、b上并可左右滑动的两根平行直导线,每根长为L导轨上接入阻值分别为R和2R的两个电阻和一个板长为L'、间距为d的平行板电容器.整个装置放在磁感强度B垂直导轨平面的匀强磁场中.当用外力使MN以速率2v向右匀速滑动、OP以速率v向左匀速滑动时,两板间正好能平衡一个质量为m的带电微粒,试问

(1)微粒带何种电荷?电量是多少?

(2)外力的机械功率和电路中的电功率各是多少?

【分析】 两导线向左、右移动时,切割磁感线,产生感应电动势,相当两个顺向串联的电池,使得电容器两板分配到一定的电压,从而使其中的微粒悬浮。

【解答】 (1)MN右滑时,切割磁感线产生的感应电动势ε1=2Blv,方向由N指向M。

OP左滑时产生的感应电动势 ε2=Blv,方向由O指向P。

两者同时滑动时,MN和OP可以看成两个顺向串联的电源,电路中总的电动势。

ε=ε1+ε2=3Blv,方向沿NMOPN。

由全电路欧姆定律得电路中的电流强度

电容器两端的电压相当于把电阻R看作电源NM的内电阻时的路端电压,即

由于上板电势比下板高,故在两板间形成的匀强电场方向竖直向下,可见悬浮于两板间的微粒必带负电. 设微粒的电量为q,由平衡条件

(2)NM和OP两导线所受安培力均为

其方向都与它们的运动方向相反.匀速滑动时所加外力应满足条件

因此,外力做功的机械功率

电路中产生感应电流总的电功率

可见,P外=P电,这正是能的转化和守恒的必然结果。

【说明】 这是电场、电路、磁场、电磁感应和力学知识的综合题,要学会综合运用知识去了解分析问题和解决问题,通过练习提高综合运用知识的能力。

【例8】 如图1所示,U形导体框架宽L=1m,与水平面成α=30°角倾斜放置在匀强磁场中,磁感应强度B=0.2T,垂直框面向上.在框架上垂直框边放有一根质量m=0.2kg、有效电阻R=0.1Ω的导体棒ab,从静止起沿框架无摩擦下滑,设框架电阻不计,框边有足够长,取g=10m/s2,求

(1)ab棒下滑的最大速度vm;

(2)在最大速度时,ab棒上释放的电功率。


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