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感生电动势与动生电动势同时存在的情况

(2013-12-16 22:06:58)
标签:

教育

分类: 教学专题

产生感应电动势的方式有两个,一个是导体切割磁感线运动产生感应电动势,感生电动势与动生电动势同时存在的情况;叫动生电动势;另一个是磁场变化引起磁通量变化产生感应电动势,感生电动势与动生电动势同时存在的情况,叫感生电动势。如果同时存在感生电动势和动生电动势,题目怎么解?请看例题。

例1. 2003年高考江苏物理卷第1813分)

如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根导轨每米的电阻为r0=0.10 Ω/m,导轨的端点PQ用电阻可忽略的导线相连,两导轨间的距离l=0.20 m.有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度B与时间t的关系为kt,比例系数k=0.020 T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直.t=0时刻,金属杆紧靠在PQ端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t=6.0 s时金属杆所受的安培力.

感生电动势与动生电动势同时存在的情况

感生电动势与动生电动势同时存在的情况

感生电动势与动生电动势同时存在的情况

感生电动势与动生电动势同时存在的情况

例2. 2007年高考广东物理卷第19(16分)

如图所示,光滑的平行水平金属导轨MN、PQ相距l,在M点和P点间连接一个阻值为R的电阻,在两导轨间cdfe矩形区域内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d的匀强磁场,磁感应强度为B。一质量为m、电阻为r、长度也刚好为l的导体棒ab垂直搁在导轨上,与磁场左边界相距d0。现用一个水平向右的力F拉棒ab,使它由静止开始运动,棒ab离开磁场前已做匀速直线运动,棒ab与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计,F随ab与初始位置的距离x变化的情况如图,F0已知。求:

(1)棒ab离开磁场右边界时的速度

(2)棒ab通过磁场区域的过程中整个回路所消耗的电能

(3)d0满足什么条件时,棒ab进入磁场后一直做匀速运动

感生电动势与动生电动势同时存在的情况
感生电动势与动生电动势同时存在的情况

1.如图所示,固定于水平绝缘面上的金属框架cdef,处在竖直向下的匀强磁场中,[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞
金属棒
ab搁在框架上,可无摩擦滑动。此时,adeb框成一个边长为l的正方形,棒的电阻为r,其余部分电阻不计,开始时磁感应强度为B0

若从t=0时刻起,磁感应强度逐渐减小,当棒以恒定速度v向右作匀速运动时,可使棒中不产生感应电流,则磁感应强度随时间变化的关系是怎样的(写出Bt的关系式)?

解:

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2.(08东城)如图所示,两根完全相同的光滑金属导轨OPOP固定在水平桌面上,导轨间的夹角为θ=74°,导轨单位长度的电阻为r0=0.10Ω/m。导轨所在空间有垂直于桌面向下的匀强磁场,且磁感应强度B随时间t的变化关系为B=k/t,其中比例系数k=2T·s。将电阻不计的金属杆MN放置在水平桌面上,在外力作用下,t=0时刻金属杆以恒定速度v= 2m/sO点开始向右滑动。在滑动过程中保持MN垂直于两导轨间夹角的平分线,且与导轨接触良好。(已知导轨和金属杆均足够长,sin37°=0.6cos37°=0.8)求:[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞

1)在t=6.0s时,回路中的感应电动势的大小;

2)在t=6.0s时,金属杆MN所受安培力大小;

3)在t=6.0s时,外力对金属杆MN所做的功的功率。

解:

1)方法一:

t=6.0s时,x=vt=12m

切割边长L=2xtg(θ/2)=3vt/2=18m

面积S=3t2=108m2

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方法二:若分开计算两种电动势再求和

E1=BLv=12V

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E=E1+E2=6V

方法三:B=k/tS=3t2

Φ=BS=3kt=6t

利用数学求导[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞

2t=6.0s时,回路总长度x+2xtg(θ/2)+2x/cos(θ/2)=5vt=60m

总电阻R=6Ω

I=1A

F=BIL=6N

3P=Fv=12W 

3.(07广东)如图(a)所示,一端封闭的两条平行光滑导轨相距L,距左端L处的中间一段被弯成半径为H1/4圆弧,导轨左右两段处于高度相差H的水平面上。圆弧导轨所在区域无磁场,右段区域存在磁场B0,左段区域存在均匀分布但随时间线性变化的磁场Bt),如图(b)所示,两磁场方向均竖直向上。在圆弧顶端,放置一质量为m的金属棒ab,与导轨左段形成闭合回路,从金属棒下滑开始计时,经过时间t0滑到圆弧底端。设金属棒在回路中的电阻为R,导轨电阻不计,重力加速度为g

1)问金属棒在圆弧内滑动时,回路中感应电流的大小和方向是否发生改变?为什么?

2)求0到时间t0内,回路中感应电流产生的焦耳热量。

3)探讨在金属棒滑到圆弧底端进入匀强磁场B0的一瞬间,回路中感应电流的大小和方向。

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解:(1)感应电流的大小和方向均不发生改变。因为金属棒滑到圆弧任意位置时,回路中磁通量的变化率相同。            

20—t0时间内,设回路中感应电动势大小为E0,感应电流为I,感应电流产生的焦耳热为Q,由法拉第电磁感应定律:[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞                 

根据闭合电路的欧姆定律:[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞 

由焦定律及②③有:[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞      

3)设金属进入磁场B0一瞬间的速度变v,金属棒在圆弧区域下滑的过程中,机械能守恒:[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞    

在很短的时间Δt内,根据法拉第电磁感应定律,金属棒进入磁场B0区域瞬间的感应电动势为E,则:[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞     

由闭合电路欧姆定律及⑤⑥,求得感应电流: [转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞     

根据⑦讨论:

I.[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞时,I=0

II.[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞时,[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞,方向为[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞

III.[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞时,[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞,方向为[转载]电磁感应鈥斺敻猩岸街值缍仆贝嬖诘募傅捞



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