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电磁感应——单一导体匀速切割磁感线

(2013-01-04 08:03:27)
标签:

电磁感应

导体切割

匀速

分类: 电磁感应

    在电磁感应中,动生电动势是由导体切割磁感线产生的,而导体切割也即导体运动,其中最简单的运动就是匀速直线运动。

    “单一导体切割磁感线”是最基本的考查电磁感应规律的方式。高中阶段常出现的导体切割方式有:转动切割与平动切割,而平动切割经常考查匀速切割、匀变速切割、变加切割(匀速转动切割)三种情况。由于导体切割方式不同而产生了不同的受力和运动特点,出现了不同的考查侧重点。而轨道的形状又为这一模型增添了考查的灵活性。下面就导体平动切割磁感线的三种情况逐一分析。

单一导体匀速切割磁感线

由于导体的运动形式较为简单,故此种模型旨在通过导体切割磁感线产生电动势,进一步过渡到“恒定电流、安培力、运动和力及功能关系上去。①EIUPQ电量Q;②同时匀速运动,平衡力(安培力等于其它外力);③运动过程中的功能关系(热、功和能)。http://s1/mw690/56b3cd5chd26b3e01b060&690

 

题目1、如图所示,电阻Rab=0.1Ω的导体ab沿光滑导体框向右做匀速运动,线框中接有电阻R=0.4Ω。线框放在磁感应强度B=0.1T的匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面。导体ab的长度L= 0.4m,运动的速度v=5m/s。线框的电阻不计。

A、  电路abcd中相当于电源的部分是            相当于电源的正极。

B、   电源的电动势即产生的感应电动势E=     V,电路abcd中的电流I=     A

C、   导体ab所受安培力的大小F=     N,方向     ;使导体ab向右匀速运动所需的外力F=      N

D、  外力做的功率P=Fv=      W

E、   电源的电功率即感应电流的功率P=EI=      W

F、   电源内部分消耗的功率P1=      W,电阻R上消耗的功率P2=      W

此题是原课本的习题,但很好地展示了这一部分知识及考查方式。

题目2(90)、如图所示,固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd边长为L,其中ab边是电阻为R的均匀电阻丝,其余三边是电阻可忽略的铜导线。匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里。现有一长短、粗细、材料均与ab边相同的电阻丝PQ架在线框上,并以恒定的速度vad边滑向bc边。PQ在滑动过程中与导线框的接触良好。当PQ滑过L/3的距离时,通过aP段电阻丝的电流是多大?

http://s5/mw690/56b3cd5chd26b40189294&690

(答:Iap=http://s16/mw690/56b3cd5chd26b4353d26f&690,由P流向a与恒定电流的简单组合,考查画电路图

 

题目3、(2004春季高考:)如图,直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中,ab是一段长为l、电阻为R的均匀导线,acbc的电阻可不计,ac长度为l/2。磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。现有一段长度为l/2、电阻为R/2的均匀导体MN架在导线框上,开始时,紧靠ac,然后沿ab方向以恒定速度vb羰滑动,滑动中始终与ac平行并与导线框保持良好接触。当MN滑过的距离为l/3时,导线ac中的电流是多大?方向如何?

http://s6/mw690/56b3cd5ch7b71207036d5&690

答:http://s7/mw690/56b3cd5chd26b45380c96&690根据右手定则,MP中的感应电流的方向由P流向M,所以电流Iac的方向由a流向c

题目4、(2002广东)如图所示,半径为R、单位长度电阻为λ的均匀导电圆环固定在水平面上,圆环中心为O。匀强磁场垂直水平方向向下,磁感强度为B。平行于直径MON的导体杆,沿垂直于杆的方向向右运动。杆的电阻可以忽略不计,杆与圆环接触良好。某时刻,杆的位置如图,∠ aob=2θ,速度为v。求此时刻作用在杆上的安培力的大小。

http://s1/mw690/56b3cd5chd26b464a8080&690

(答:http://s16/mw690/56b3cd5ch7b7120c2962f&690

题目5、如图所示,OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨,OC处分别接有短电阻丝(图中用粗线表示),R1=4Ω、R2=8Ω(导轨其它部分电阻不计)。导轨OAC的形状满足http://s7/mw690/56b3cd5chd26b489ebed6&690(单位:m)。磁感应强度B=0.2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面。一足够长的金属棒在水平外力F作用下,以恒定的速率v=5.0m/s水平向右在导轨上从O点滑动到C点,棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直,不计棒的电阻。求:⑴外力F的最大值;⑵金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率;⑶在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系。

http://s3/mw690/56b3cd5chd26b4a39bca2&690
解:⑴金属棒匀速运动,
F=FE=BLvI=E/RF=BIL=B2L2v/RLmax=2sin90°=2mR=8/3Ω,故Fmax=0.3N

P1=E2/R1=1W

http://s16/mw690/56b3cd5chd26b4af53abf&690 

题目6、(05天津)图中MNPQ为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距l040m,电阻不计。导轨所在平面与磁感应强度B050T的匀强磁场垂直。质量m60×10-3kg.电阻为10Ω的金属杆ab始终垂直于导轨,并与其保持光滑接触。导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为30Ω的电阻R1。当杆ab达到稳定状态时以速率v匀速下滑,整个电路消耗的电功率P027W,重力加速度取10m/s2,试求速率v和滑动变阻器接入电路部分的阻值R2

http://s8/mw690/56b3cd5chd26b4bbbe7f7&690

答:v=4.5m/s   R26.0Ω  

题目72011大纲 如图,两根足够长的金属导轨abcd竖直放置,导轨间距离为L,电阻不计。在导轨上端并接2个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m、电阻可忽略不计的金属棒MN从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平,且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g。求:

1)磁感应强度的大小;

2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率。

http://s2/mw690/56b3cd5chd26b4f11d5f1&690

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