电磁感应线框问题
电磁感应线框问题
电磁感应线框问题一、线框平动切割所谓线框平动切割,通常是指矩形线框平动进入磁场切割磁感线而产生电磁感应现象。
中学阶段通常讨论的是线框垂直磁感线平动切割。
1.水平平动切割例1.如图所示,Ⅰ、Ⅱ为两匀强磁场区域,Ⅰ区域的磁场方向垂直纸面向里,Ⅲ区域的磁场方向垂直纸面向外,磁感强度为B,两区域中间为宽为s 的无磁场区域Ⅱ,有一边长为L(L >s)、电阻为R 的正方形金属框abcd 置于Ⅰ区域,ab 边与磁场边界平行,现拉着金属框以速度v 向右匀速移动。
(1)分别求出ab 边刚进入中央无磁场区域Ⅱ和刚进入磁场区域Ⅲ时,通过ab 边的电流大小和方向。
(2)把金属框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中拉力所做的功。
(93‘上海市高考试题)[分析](1)金属框以速度v 向右做匀速直线运动时,当ab 边刚进入中央无磁场区域时,由于穿过金属框的磁通量减小,因而在金属框中产生感应电动势,形成adcb 方向的感应电流,其大小为I 1=ε1/R =BLv/R.当ab 边刚进入磁场区域Ⅲ时,由于ab ,dc 两边都切割磁感线而产生感应电动势,其大小为εab =εdc =BLv ,方向相反,故两电动势所对应的等效电源在回路中组成串联形式,因此,在线框中形成了adcb 方向的感应电流,其大小为: I 2=(εab +εdc )/R =2BLv/R(2)金属线框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中,拉力所做的功分为三个部分组成,其中一、三两部分过程中,金属框在外力作用下匀速移动的位移均为s,第二部分过程中金属框在外力作用下增速移动的距离为(L -s)。
因金属框匀速运动,外力等于安培力,所以 W 外=W 安=W 1+W 2+W 3又W 1=F 1s =BI 1Ls =(B 2L 2v/R)sW 2=2F 2(L -s)=2BI 2L(L -s)=[4B 2L 2v/R](L -s)W 3=F 3s =(B 2L 2v/R)s因此整个过程中拉力所做的功等于:W 1+W 2+W 3=[4B 2L 2v/R](L -s/2)[评述]本题所要求解问题,是电磁感应中最基本问题,但将匀强磁场用一区域隔开,并将其反向,从而使一个常规问题变得情境新颖,增加了试题的力度,使得试题对考生思维的深刻性和流畅性的考查提高到一个新的层次。
电磁感应中线框问题的求解思路
电 荔 应中 石 麓
的球 粤路
《 湖北省大悟县第一中学 徐高本
电磁 感应 中的线 框 问题 往 往 以 力 电 为 主线 考 查 电 化 , 是 多与 电路 或 电场 综 合. 二 求解 时先 由法 拉 第 电磁
磁 感应 的主 干知识 . 类 问题综 合 性 强 , 及 的物 理 过 这 涉 程 复杂 多变 , 许多 同学 在解 答 时理 不 出头 绪 , 不 住 要 抓
② 线 框所 受安 培 力的大 小和 方 向.
( )该 运 动的磁 场 可视 为 沿 z轴 传播 的波 , 垂 直 2 设
由以上各式 得 尼 一 z
.
于纸 面 向 外的磁 场 方 向 为正 , 出 t 画 一0时磁 感应 强度
的波形 图, 并求 波长 和 频率 , .
要使液滴能射出, 必须满足 一志. 。 ③若口 , <0 液滴将 被 吸附在 2 上. 板
左端通 过导 线接一 对水 平放置 的 平行金 属 板 , 两板 间 的
距 离为 d, 长为 Zt 板 . =0时 , 场 的磁 感应 强度 B从 B。 磁
开始 均 匀增 大 , 时, 板 2的 左端 且 非 常 靠 近板 2的 同 在 位置 有一质 量为 m, 电量 为 一q的液 滴 以初 速度 。 带 水
( )要 使该 液 滴能从 两板 间右 端 的 中点射 出, 感 2 磁
应 强度 B 与 时间 t 满足 什 么关 系? 应
对 某一 状态 , 力分 析后 , 受 由牛 顿第 二定律 列式 ,
F 外+ F安一 口 .
对一个 运动 过程 , 行 功能 分 析 , 进 电磁 感 应 的 过程
.
m( ) dg + .
电磁感应经典大题及答案
电磁感应经典大题及答案题量超大的题集,较有难度,答案详细,是很不错的电磁感应习题哦。
电磁感应经典习题1.如图10所示,匀强磁场区下边界是水平地面,上边界与地面平行,相距h=1.0m,两个正方形金属线框P、Q在同一竖直平面内,与磁场方向始终垂直。
P的下边框与地面接触,上边框与绝缘轻线相连,轻线另一端跨过两个定滑轮连着线框Q。
同时静止释放P、Q,发现P全部离开磁场时,Q还未进入磁场,而且当线框P整体经过磁场区上边界时,一直匀速运动,当线框Q整体经过磁场区上边界时,也一直匀速运动。
若线框P的质量m1 0.1kg、边长L1 0.6m、总电阻R1 4.0Ω,线框Q的质量m2 0.3kg、边长L2 0.3m、总电阻R2 1.5Ω忽略一切摩擦和空气阻力,重力加速度g 10m/s2。
求:(1)磁感应强度的大小?(2)上升过程中线框P增加的机械能的最大值?2.如图13甲所示,一边长L=2.5m、质量m=0.5kg的正方形金属线框,放在光滑绝缘的水平面上,整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度B=0.8T的匀强磁场中,它的一边与磁场的边界MN重合。
在水平力F作用下由静止开始向左运动,经过5s 线框被拉出磁场。
测得金属线框中的电流随时间变化的图像如乙图所示,在金属线框被拉出的过程中。
(1)求通过线框导线截面的电量及线框的电阻;(2)写出水平力F随时间变化的表达式;(3)已知在这5s内力F做功1.92J,那么在此过程中,线框产生的焦耳热是多少?题量超大的题集,较有难度,答案详细,是很不错的电磁感应习题哦。
3.随着越来越高的摩天大楼在世界各地的落成,而今普遍使用的钢索悬挂式电梯已经不适应现代生活的需求。
这是因为钢索的长度随着楼层的增高而相应增加,这些钢索会由于承受不了自身的重力,还没有挂电梯就会被拉断。
为此,科学技术人员开发一种利用磁力的电梯,用磁动力来解决这个问题。
如图所示是磁动力电梯示意图,即在竖直平面上有两根很长的平行竖直轨道,轨道间有垂直轨道平面交替排列的匀强磁场B1和B2,B1=B2=1.0T,B1和B2的方向相反,两磁场始终竖直向上作匀速运动。
电磁感应中的线框问题
1、如图所示,用质量为m、电阻为R的均匀导线做成边长为l的单匝正方形线框MNPQ,线框每一边的电阻都相等。
将线框置于光滑绝缘的水平面上。
在线框的右侧存在竖直方向的有界匀强磁场,磁场边界间的距离为2l,磁感应强度为B。
在垂直MN边的水平拉力作用下,线框以垂直磁场边界的速度v匀速穿过磁场。
在运动过程中线框平面水平,且MN边与磁场的边界平行。
求:(1)线框MN边刚进入磁场时,线框中感应电流的大小;(2)线框MN边刚进入磁场时,M、N两点间的电压U MN;(3)在线框从MN边刚进入磁场到PQ边刚穿出磁场的过程中,水平拉力对线框所做的功W。
(1)线框MN边在磁场中运动时,感应电动势(3分)线框中的感应电流(3分)(2)M、N两点间的电压(3分)(3)线框运动过程中有感应电流的时间(3分)此过程线框中产生的焦耳热Q = I 2Rt =(3分)2、根据能量守恒定律得水平外力做功W=Q=(3分)如图3-6-15 所示,质量为m、边长为l 的正方形线框,在竖直平面内从有界的匀强磁场上方由静止自由下落.线框电阻为R,匀强磁场的宽度为H(l<H),磁感应强度为B.线框下落过程中ab边始终与磁场边界平行且水平.已知ab边刚进入磁场和刚穿出磁场时线框都作减速运动,加速度大小都是g.求:(1)ab 边刚进入磁场与ab 边刚出磁场时的速度;(2)线框进入磁场的过程中产生的热量;(3)cd 边刚进入磁场时线框的速度.(1)ab 进入磁场和离开磁场时线框的速度为vE=Blv I=F安=Bil F安-mg=m·(g)v=(2)线框进入磁场产生的热量为Q-W安+mgH=mv2-mv2 Q=W安=mgH(3)从ab 刚进入磁场到cd 刚进入磁场的过程中mgl-W安=mv′2-mv2v′==3、如图甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,金属线框的质量为m,电阻为R.在金属线框的下方有一匀强磁场区域, MN和M′N′是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向与线框平面垂直.现金属线框由距MN的某一高度从静止开始下落,图乙是金属线框由静止开始下落到完全穿过匀强磁场区域瞬间的速度-时间图象,图像中坐标轴上所标出的字母均为已知量.求:(1)金属框的边长L;(2)磁场的磁感应强度B;(3)请分别计算出金属线框在进入和离开磁场的过程中所产生的热量Q1和Q2.(1)由图象可知,金属框进入磁场过程中是做匀速直线运动,速度为v1,运动时间为t2-t1………………1分所以金属框的边长…………………2分(2)在金属框进入磁场的过程中,金属框所受安培力等于重力…………2分……………1分解得………………2分(3)金属框在进入磁场过程中金属框产生的热为Q1,重力对其做正功,安培力对其做负功,由能量守恒定律得……………2分金属框在离开磁场过程中金属框产生的热为Q2,重力对其做正功,安培力对其做负功,由能量守恒定律得………………2分即:……………1分4、如图所示,一平直绝缘斜面足够长,与水平面的夹角为θ;空间存在着磁感应强度大小为B,宽度为L的匀强磁场区域,磁场方向垂直斜面向下;一个质量为m、电阻为R、边长为a的正方形金属线框沿斜面向上滑动,线框向上滑动离开磁场时的速度刚好是刚进入磁场时速度的1/4,离开磁场后线框能沿斜面继续滑行一段距离,然后沿斜面滑下并匀速进入磁场.已知正方形线框与斜面之间的动摩擦因数为μ.求:(1)线框沿斜面下滑过程中匀速进入磁场时的速度v2.(2)线框在沿斜面上滑阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q.(1)线框在沿斜面下滑匀速进入磁场的瞬间有-------------------------2分解得----------------------2分(2)由动能定理,线框从离开磁场到滑动到最高点的过程中----------------------2分线框从最高点滑下匀速进入磁场的瞬间----------------------2分----------------------1分由能量守恒定律----------------------2分----------------------1分5、如图所示,在距离水平地面h=0.8m的虚线的上方有一个方向垂直于纸面水平向内的匀强磁场。
人教版选修3-2第4章电磁感应同步复习 第5节电磁感应中线框类问题(同步习题11题)含解析
第4节 电磁感应中的动力学与能量线框类问题(精选习题)1、在如图所示的两平行虚线之间存在着垂直纸面向里、宽度为d 、磁感应强度为B 的匀强磁场,正方形线框abcd 的边长为L (L <d )、质量为m 、电阻为R ,将线框从距离磁场的上边界为h 高处由静止释放后,线框的ab 边刚进入磁场时的速度为v 0,ab 边刚离开磁场时的速度也为v 0,在线框开始进入到ab 边刚离开磁场的过程中( )A .电路中产生的焦耳热为mgdB .电路中产生的焦耳热为2mgdC .线框的最小动能一定为mg (h -d +L )D .线框的最小动能一定为322442m g R B L【答案】AC【解析】由于线框进、出磁场时的速度相等,所以合外力做功为零,即线框克服安培力所做的功与重力对线框做的功mgd 相等,所以感应电流做的功为mgd ;当线框全部处在磁场中时,没有电磁感应现象,线框在重力作用下做加速运动,所以当线框cd 边刚进入磁场时,线框速度最小。
从起点到这一位置应用动能定理有 k ()=0mg h L W E 安+-- 又由于W 安=mgd所以线框的最小动能为k ()E mg h L d =+- 故选AC 正确。
2、如图所示,一水平方向的匀强磁场,磁场区域的高度为h ,磁感应强度为B 。
质量为m 、电阻为R 、粗细均匀的矩形线圈,ab= L ,bc=h ,该线圈从cd 边离磁场上边界高度244()2mgR H gB L =处自由落下,不计空气阻力,重力加速度为g ,设cd 边始终保持水平,则( )A .cd 边刚进入磁场时速度大小222mgRv B L =B .cd 边刚进人磁场时其两端电压2()cd mgRU B L h =+C .线圈穿过磁场的时间22()h BL t mgR=D .线圈穿过磁场过程中,回路中产生的热量2Q mgh = 【答案】CD 【解析】A .由题意可知,线圈从开始运动到cd 边进入磁场时做自由落体运动,故cd 边刚进入磁场时速度大小满足22v gH =,解得22mgRv B L=。
讲座6电磁感应中线框问题的求解思路课件
04
线框问题的求解方法
牛顿第二定律的应用
在电磁感应中,线框问题常常涉及到力和运 动的关系,因此需要应用牛顿第二定律来求 解。
通过分析线框在磁场中的受力情况,结合线 框的运动状态,利用牛顿第二定律求出加速
度、速度等物理量,进而求解线框问题。
动生和感生电动势的区分
动生和感生电动势是电磁感应中两种不同的电动势, 它们产生的原因和计算方法都有所不同。
03
能力。
02
电磁感应基础
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律是电磁感应现象的基本规律,它描述了磁场变化时会在导体 中产生电动势的物理现象。
法拉第发现,当磁场穿过一个导体时,会在导体中产生电动势,电动势的方向与 磁通量变化的方向相反,大小与磁通量变化率成正比。这个定律是电磁感应现象 的基础,对于理解发电机、变压器等电气设备的工作原理具有重要意义。
通过分析线框在磁场中的能量转化情况,利用能量守恒 原理,可以建立关于线框动能、重力势能、电能等物理 量的方程,从而求解线框问题。同时,能量守恒也可以 帮助我们判断线框的运动状态和受力情况,进一步简化 解题过程。
05
实例分析
单个线框在磁场中的运动
总结词
分析线框在磁场中的运动,需要综合考虑线 框的初始状态、磁场的变化情况以及线框的 物理特性。
分析线框的运动情况时,需要综合考 虑洛伦兹力、线框的重力以及其他外 力。根据牛顿第二定律,合外力等于 质量乘以加速度,通过分析合外力可 以确定线框的运动情况。
线框中的电动势和电流
线框中的电动势和电流是电磁感应现象的结果,电动势的大小与磁通量变化率有关,而电流则与电动势和电阻有关。
当线框处于变化的磁场中时,会产生感应电动势。感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。电流则与电动势和电阻有关, 根据欧姆定律,电流等于电动势除以电阻。
电磁感应现象中的线框问题
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PRT One
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PRT Two
电磁感应现象概述
PRT Three
线框在磁场中的运 动问题
PRT Five
线框在磁场中的受 力问题
PRT Four
线框在磁场中的产 生感应电流问题
PRT Six
线框在磁场中的做 功问题
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电磁感应现象概述
伦兹力
洛伦兹力的方 向:与磁场方 向和线框速度
方向有关
线框在磁场中 变速运动的条 件:洛伦兹力 与线框质量、 速度、磁场强
度有关
线框在磁场中 变速运动的结 果:线框速度、 位置、磁场强 度等发生变化
线框在磁场中的转动问题
线框在磁场中的转动:线框在磁场中受到洛伦兹力作用产生转动 洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力方向与磁场和电荷速度的夹角有关 转动方向:洛伦兹力方向与线框转动方向相同 转动速度:洛伦兹力与线框质量、半径、磁场强度、电荷量有关 转动能量:洛伦兹力做功线框转动动能增加电能转化为机械能
安培力在实际生活中的应用
电磁铁:利用安培力产生磁力用于 电磁起重机、电磁制动器等设备
电磁流量计:利用安培力测量流体 流量用于工业生产、科学研究等领 域
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电磁感应加热:利用安培力产生热 能用于电磁炉、电磁加热器等设备
电磁屏蔽:利用安培力屏蔽电磁干 扰用于电子设备、通信设备等领域
安培力的计算方法
安培力公式:F=BILsinθ
I:线框中的电流
θ:线框与磁场方向的夹角
安培力:线框在磁场中 受到的力
B:磁场强度
L:线框的长度
电磁感应线框问题
电磁感应线框问题————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:电磁感应线框问题一、线框平动切割所谓线框平动切割,通常是指矩形线框平动进入磁场切割磁感线而产生电磁感应现象。
中学阶段通常讨论的是线框垂直磁感线平动切割。
1.水平平动切割例1.如图所示,Ⅰ、Ⅱ为两匀强磁场区域,Ⅰ区域的磁场方向垂直纸面向里,Ⅲ区域的磁场方向垂直纸面向外,磁感强度为B,两区域中间为宽为s的无磁场区域Ⅱ,有一边长为L(L>s)、电阻为R的正方形金属框abcd置于Ⅰ区域,ab 边与磁场边界平行,现拉着金属框以速度v向右匀速移动。
(1)分别求出ab边刚进入中央无磁场区域Ⅱ和刚进入磁场区域Ⅲ时,通过ab边的电流大小和方向。
(2)把金属框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中拉力所做的功。
(93‘上海市高考试题)[分析](1)金属框以速度v向右做匀速直线运动时,当ab边刚进入中央无磁场区域时,由于穿过金属框的磁通量减小,因而在金属框中产生感应电动势,形成adcb方向的感应电流,其大小为I1=ε1/R=BLv/R.当ab边刚进入磁场区域Ⅲ时,由于ab,dc两边都切割磁感线而产生感应电动势,其大小为εab=εdc=BLv,方向相反,故两电动势所对应的等效电源在回路中组成串联形式,因此,在线框中形成了adcb方向的感应电流,其大小为:I2=(εab+εdc)/R=2BLv/R(2)金属线框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中,拉力所做的功分为三个部分组成,其中一、三两部分过程中,金属框在外力作用下匀速移动的位移均为s,第二部分过程中金属框在外力作用下增速移动的距离为(L-s)。
因金属框匀速运动,外力等于安培力,所以W外=W安=W1+W2+W3又W1=F1s=BI1Ls=(B2L2v/R)sW2=2F2(L-s)=2BI2L(L-s)=[4B2L2v/R](L-s)W3=F3s=(B2L2v/R)s因此整个过程中拉力所做的功等于:W1+W2+W3=[4B2L2v/R](L-s/2)[评述]本题所要求解问题,是电磁感应中最基本问题,但将匀强磁场用一区域隔开,并将其反向,从而使一个常规问题变得情境新颖,增加了试题的力度,使得试题对考生思维的深刻性和流畅性的考查提高到一个新的层次。
电磁感应线框进出磁场结合图象问题带答案
.(一)、矩形线框出入匀强磁场1.如下图,在圆滑的水平面上,有一垂直向下的匀强磁场散布在宽为现有一个边长为 a (a <L ) 的正方形闭合线圈以速度v0垂直磁场界限滑过磁场后速度变成v (v < v0 ) 那么:()A .完整进入磁场时线圈的速度大于(v0 v) /2L的地区内,×L ×Va××B..完整进入磁场时线圈的速度等于(v0v) /2 C.完整进入磁场时线圈的速度小于(v0v) /2×××D.以上状况AB 均有可能,而 C 是不行能的××2.如图( 3)所示,磁感觉强度磁场中匀速拉出磁场。
在其余条件不变的状况下为 B 的匀强磁场有理想界面,使劲将矩形线圈从A 、速度越大时,拉力做功越多。
B、线圈边长L 1越大时,拉力做功越多。
C、线圈边长L 2越大时,拉力做功越多。
D 、线圈电阻越大时,拉力做功越多。
3.如下图,为两个有界匀强磁场,磁感觉强度大小均为B,方向分别垂直纸面向里和向外,磁场宽度均为 L,距磁场地区的左边 L 处,有一边长为 L 的正方形导体线框,总电阻为 R,且线框平面与磁场方向垂直,现用外力 F 使线框以速度 v 匀速穿过磁场地区,以初始地点为计时起点,规定:电流沿逆时针方向时的电动势 E 为正,磁感线垂直纸面向里时磁通量Φ的方向为正,外力 F 向右为正。
则以下对于线框中的磁通量Φ、感觉电动势E、外力 F 和电功率 P 随时间变化的图象正确的选项是(D)ΦE0t 0tB BA BvF PttC D4.边长为 L 的正方形金属框在水平恒力 F 作用下运动,穿过方向如图的有界匀强磁场地区.磁场地区的宽度为 d(d>L )。
已知 ab 边进入磁场时,线框的加快度恰巧为零.则线框进入磁场的过程和从磁场另一侧穿出的过程对比较,有()A.产生的感觉电流方向相反B.所受的安培力方向相反C.进入磁场过程的时间等于穿出磁场过程的时间D.进入磁场过程的发热量少于穿出磁场过程的发热量B L aFbd5.如图 8 所示,垂直纸面向里的匀强磁场的地区宽度为 2 a,磁感觉强度的大小为B。
电磁感应图像与线框问题
电磁感应图像与线框问题1.如图所示,一个边长为2L 的等腰直角三角形ABC 区域内,有垂直纸面向里的匀强磁场,其左侧有一个用金属丝制成的边长为L 的正方形线框abcd,线框以水平速度v 匀速通过整个匀强磁场区域,设电流逆时针方向为正。
则在线框通过磁场的过程中,线框中感应电流i 随时间t 变化的规律正确的是()2.在如图所示的倾角为θ的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小为B 的匀强磁场,区域I 的磁场方向垂直斜面向上,区域Ⅱ的磁场方向垂直斜面向下,磁场的宽度均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L 的正方形导线框,由静止开始沿斜面下滑,t 1时ab 边刚越过GH 进入磁场Ⅰ区,此时线框恰好以速度v 1做匀速直线运动;t 2时ab 边下滑到JP 与MN 的中间位置,此时线框又恰好以速度v 2做匀速直线运动。
重力加速度为g,下列说法中正确的有:()A.t 1时,线框具有加速度a=3gsinθB.线框两次匀速直线运动的速度v 1:v 2=2:1C.从t 1到t 2过程中,线框克服安培力做功的大小等于重力势能的减少量D.从t 1到t 2,有()22123sin 22m v v mgL θ-+机械能转化为电能3.如图甲所示,有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域,其直角边长为L,磁场方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为B。
一个边长为L、总电阻为R 的正方形导线框abcd,从图示位置开始沿x 轴正方向以速度υ匀速穿过磁场区域。
取沿a d c b a →→→→的感应电流为正,则图乙中表示线框中电流i 随bc 边的位置坐标x 变化的图象正确的是()4.如图所示,平行于y 轴的导体棒以速度v 向右匀速直线运动,经过半径为R 、磁感应强度为B 的圆形匀强磁场区域,导体棒中的感应电动势 与导体棒位置x 关系的图象正确是()5.在以P 1Q 1、P 2Q 2为边界的区域内有垂直纸面向内的匀强磁场,直角三角形金属导线框ABC 位于纸面内,C 点在边界P 1Q 1上,且AB ⊥BC ,已知AB=BC=L ,P 1Q 1、P 2Q 2间距为2L 。
电磁感应中线框问题的求解思路
良好接触,导轨的电阻可忽略,整个装置处在竖直向上的匀强磁场中,问
:在下列各种情况下,作用在导体棒上的水平拉力F的大小应如何? (1)磁感应强度为B=B0保持恒定,导体棒以速度v向右做匀速直线运动; (2)磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强,导体棒保持静止; (3)磁感应强度为B=B0保持恒定,导体棒由静止始以加速度a向右做匀加速
A.回路中有大小和方向周期性变化的电流 B.回路中电流大小恒定,且等于
C.回路中电流方向不变,且从b导线流进灯泡,再从a导线流向旋转的铜盘
D.若将匀强磁场改为仍然垂直穿过铜盘的正弦变化的磁场,不转动铜盘, 灯泡中也会有电流流过
图37-5
3
4
如图所示,水平导轨间距为L左端接有阻值为R的定值电阻,在距左端x0处 放置一根质量为m、电阻为r 的导体棒,导体棒与导轨间无摩擦且始终保持
• A.线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行
• B.线圈转动时,螺旋弹簧被扭动,阻碍线圈转动
• C.当线圈转到如图乙所示的位置,b端受到的安培力方向向上
• D.当线圈转到如图乙所示的位置,安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动
N
图甲
图乙
7
直线运动;
(4)磁感应强度为B=B0+kt随时间t均匀增强,导体棒以速度v向右做匀速直
(完整word版)电磁感应线框问题
电磁感应线框问题一、线框平动切割所谓线框平动切割,通常是指矩形线框平动进入磁场切割磁感线而产生电磁感应现象。
中学阶段通常讨论的是线框垂直磁感线平动切割。
1.水平平动切割例1.如图所示,Ⅰ、Ⅱ为两匀强磁场区域,Ⅰ区域的磁场方向垂直纸面向里,Ⅲ区域的磁场方向垂直纸面向外,磁感强度为B,两区域中间为宽为s 的无磁场区域Ⅱ,有一边长为L(L >s)、电阻为R 的正方形金属框abcd 置于Ⅰ区域,ab 边与磁场边界平行,现拉着金属框以速度v 向右匀速移动。
(1)分别求出ab 边刚进入中央无磁场区域Ⅱ和刚进入磁场区域Ⅲ时,通过ab 边的电流大小和方向。
(2)把金属框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中拉力所做的功。
(93‘上海市高考试题)[分析](1)金属框以速度v 向右做匀速直线运动时,当ab 边刚进入中央无磁场区域时,由于穿过金属框的磁通量减小,因而在金属框中产生感应电动势,形成adcb 方向的感应电流,其大小为I 1=ε1/R =BLv/R.当ab 边刚进入磁场区域Ⅲ时,由于ab ,dc 两边都切割磁感线而产生感应电动势,其大小为εab =εdc =BLv ,方向相反,故两电动势所对应的等效电源在回路中组成串联形式,因此,在线框中形成了adcb 方向的感应电流,其大小为: I 2=(εab +εdc )/R =2BLv/R(2)金属线框从Ⅰ区域完全拉入Ⅲ区域过程中,拉力所做的功分为三个部分组成,其中一、三两部分过程中,金属框在外力作用下匀速移动的位移均为s,第二部分过程中金属框在外力作用下增速移动的距离为(L -s)。
因金属框匀速运动,外力等于安培力,所以 W 外=W 安=W 1+W 2+W 3又W 1=F 1s =BI 1Ls =(B 2L 2v/R)sW 2=2F 2(L -s)=2BI 2L(L -s)=[4B 2L 2v/R](L -s)W 3=F 3s =(B 2L 2v/R)s因此整个过程中拉力所做的功等于:W 1+W 2+W 3=[4B 2L 2v/R](L -s/2)[评述]本题所要求解问题,是电磁感应中最基本问题,但将匀强磁场用一区域隔开,并将其反向,从而使一个常规问题变得情境新颖,增加了试题的力度,使得试题对考生思维的深刻性和流畅性的考查提高到一个新的层次。
【资料】讲座6电磁感应中线框问题的求解思路汇编
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不变,回路中电流 I 不变,ab 边所受力安培力 F =BIL,而 B 是变化的,所以 A、
B 项错;根据楞次定律、安培定则、左手定则判断知 C 项错,D 项正确。
二、线框不动,磁场运动
【理论阐释】线框不动,磁场运动时,由于穿过闭合 回路的磁通量发生变化而产生感应电流,感应电流处 在原磁场中必然受力,闭合回路受力的结果:阻碍原 磁通量的变化——增反减同;阻碍导体与磁体间的相 对运动——来拒去留;当回路发生形变时,感应电流 的效果就阻碍回路发生形变。总之,如果问题涉及感 应电流的方向,由楞次定律和安培定则分析判断;如 果问题不涉及感应电流的方向,则用楞次定律的另一 种表述分析问题更简便。
【典例导悟】如图所示,闭合线圈上方有一竖直放置 的条形磁铁,磁铁的N极朝下。当磁铁向下运动时 (但未插入线圈内部)( )
A.线圈中感应电流的方向与图中箭头方 向相同,磁铁与线圈相互吸引
B.线圈中感应电流的方向与图中箭头方 向相同,磁铁与线圈相互排斥
C.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反, 磁铁与线圈相互吸引
三、线框运动,磁场不动
【理论阐释】线框运动,磁场不动,解决这类问题的 一般思路是:根据电磁感应现象→感应电动势→感应 电流→安培力→合力→加速度→速度→感应电动势 →……周而复始地循环(注意:当导体运动达到稳定 时,a=0,速度不再发生变化)
【典例导悟】 均匀导线制成的单位正方形闭合线框
abcd,每边长为L,总电阻为R,总质量为m。将其置 于磁感应强度为B的水平匀强磁场上方h处,如图所
讲座6电磁感应中线框问题的求 解思路
中学物理中常见的电磁感应中线框问题的分析 有如下三种情况:
&(1)线框不动,磁场变化
电磁感应定律应用之线框切割类问题
考点4.3线框切割类问题1.线框的两种运动状态(1)平衡状态——线框处于静止状态或匀速直线运动状态,加速度为零;(2)非平衡状态——导体棒的加速度不为零.2.电磁感应中的动力学问题分析思路(1)电路分析:线框处在磁场中切割部分相当于电源,感应电动势相当于电源的电动势,感应电流I =.(2)受力分析:处在磁场中的各边都受到安培力及其他力,但是根据对称性,在与速度平行方向的两个边所受的安培力相互抵消。
安培力F 安=BIl =,根据牛顿第二定律列动力学方程:F 合=ma .(3)注意点:①线框在进出磁场时,切割边会发生变化,要注意区分;②线框在运动过程中,要注意切割的有效长度变化。
3.电磁感应过程中产生的焦耳热不同的求解思路(1)焦耳定律:Q =I 2Rt ;(2)功能关系:Q =W 克服安培力(3)能量转化:Q =ΔE 其他能的减少量4.电磁感应中流经电源电荷量问题的求解:(1)若为恒定电流,则可以直接用公式q =It ;(2)若为变化电流,则依据=N E t q I t t t N R R R ∆Φ∆Φ∆=∆=∆∆=总总总1. 如图所示,纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ,ab 边长大于bc 边长,置于垂直纸面向里、边界为MN 的匀强磁场外,线框两次匀速地完全进入磁场,两次速度大小相同,方向均垂直于MN .第一次ab 边平行MN 进入磁场,线框上产生的热量为Q 1,通过线框导体横截面的电荷量为q 1;第二次bc 边平行MN 进入磁场,线框上产生的热量为Q 2,通过线框导体横截面的电荷量为q 2,则( A )A.Q 1>Q 2,q 1=q 2B.Q 1>Q 2,q 1>q 2C.Q 1=Q 2,q 1=q 2D.Q 1=Q 2,q 1>q 22. 一个刚性矩形铜制线圈从高处自由下落,进入一水平的匀强磁场区域,然后穿出磁场区域继续下落,如图所示,则( C )A. 若线圈进入磁场过程是匀速运动,则离开磁场过程也是匀速运动B. 若线圈进入磁场过程是加速运动,则离开磁场过程也是加速运动C. 若线圈进入磁场过程是减速运动,则离开磁场过程也是减速运动D. 若线圈进入磁场过程是减速运动,则离开磁场过程是加速运动3. (多选)在平行于水平地面的有界匀强磁场上方有三个单匝线圈A 、B 、C ,从静止开始同时释放,磁感线始终与线圈平面垂直,三个线圈都是由相同的金属材料制成的正方形,A 线圈有一个小缺口,B 和C 都闭合,但B 的横截面积比C 的大,如下图所示,下列关于它们落地时间的判断,正确的是( BD )A .A 、B 、C 同时落地B .A 最早落地C .B 在C 之后落地D .B 和C 在A 之后同时落地4. 如图所示,水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,两个边长相等的单匝闭合正方形线圈Ⅰ和Ⅱ,分别用相同材料、不同粗细的导线绕制(Ⅰ为细导线).两线圈在距磁场上界面h 高处由静止开始自由下落,再进入磁场,最后落到地面.运动过程中,线圈平面始终保持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界.设线圈Ⅰ、Ⅱ落地时的速度大小分别为v 1、v 2,在磁场中运动时产生的热量分别为Q 1、Q 2.不计空气阻力,则( D )A .v 1<v 2,Q 1<Q 2B .v 1=v 2,Q 1=Q 2C .v 1<v 2,Q 1>Q 2D .v 1=v 2,Q 1<Q 25. 如下图所示,在绝缘光滑水平面上,有一个边长为L 的单匝正方形线框abcd ,在外力的作用下以恒定的速率v 向右运动进入磁感应强度为B 的有界匀强磁场区域.线框被全部拉入磁场的过程中线框平面保持与磁场方向垂直,线框的ab 边始终平行于磁场的边界.已知线框的四个边的电阻值相等,均为R .求:(1)在ab 边刚进入磁场区域时,线框内的电流大小; (2)在ab 边刚进入磁场区域时,ab 边两端的电压; (3) 在线框被拉入磁场的整个过程中,线框中电流产生的热量.【答案】(1)4BLv R (2)34Blv (3)224B L vR6. 如图甲所示,空间存在一宽度为2L 的有界匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.在光滑绝缘水平面内有一边长为L 的正方形金属线框,其质量m =1kg 、电阻R =4Ω,在水平向左的外力F 作用下,以初速度v 0=4m/s 匀减速进入磁场,线框平面与磁场垂直,外力F 大小随时间t 变化的图线如图乙所示.以线框右边刚进入磁场时开始计时,求:(1)匀强磁场的磁感应强度B ;(2)线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q ;(3)判断线框能否从右侧离开磁场?说明理由.【答案】(1)T (2)0.75C (3)不能7. 如图所示,倾角为α的光滑固定斜面,斜面上相隔为d 的平行虚线MN 与PQ 间有大小为B 的匀强磁场,方向垂直斜面向下.一质量为m ,电阻为R ,边长为L 的正方形单匝纯电阻金属线圈,线圈在沿斜面向上的恒力作用下,以速度v 匀速进入磁场,线圈ab 边刚进入磁场和cd 边刚要离开磁场时,ab 边两端的电压相等.已知磁场的宽度d 大于线圈的边长L ,重力加速度为g .求(1) 线圈进入磁场的过程中,通过ab 边的电量q ;(2) 恒力F 的大小;(3) 线圈通过磁场的过程中,ab 边产生的热量Q .【答案】(1)2BL R (2)22sin B L v mg R α+(3)222()4B L v L d mv R +-8. 如图甲所示,abcd 是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,金属线框的质量为m ,电阻为R .在金属线框的下方有一匀强磁场区域,MN 和M ′N ′是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向与线框平面垂直.现金属线框由距MN的某一高度从静止开始下落,图乙是金属线框由开始下落到完全穿过匀强磁场区域瞬间的v-t图象,图象中坐标轴上所标出的字母均为已知量.求:(1)金属线框的边长.(2)磁场的磁感应强度.(3)金属线框在整个下落过程中所产生的热量.【答案】(1)v1(t2-t1)(2)(3)2mg v1(t2-t1)+m(v-v)9.如图所示,“凸”字形硬质金属线框质量为m,相邻各边互相垂直,且处于同一竖直平面内,ab边长为l,cd边长为2l,ab与cd平行,间距为2l.匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所在平面.开始时,cd边到磁场上边界的距离为2l,线框由静止释放,从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前,线框做匀速运动,在ef、pq边离开磁场后,ab边离开磁场之前,线框又做匀速运动.线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q.线框在下落过程中始终处于原竖直平面内,且ab、cd边保持水平,重力加速度为g.求:(1)线框ab边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍;(2)磁场上、下边界间的距离H.【答案】(1)4倍(2)Qmg+28l10.如图所示,水平虚线L1、L2之间是匀强磁场,磁场方向水平向里,磁场高度为h.竖直平面内有一等腰梯形线框,底边水平,其上下边长之比为5:1,高为2h.现使线框AB边在磁场边界L1的上方h高处由静止自由下落,当AB边刚进入磁场时加速度恰好为0,在DC边刚进入磁场前的一段时间内,线框做匀速运动.求:(1)在DC边进入磁场前,线框做匀速运动时的速度与AB边刚进入磁场时的速度比是多少?(2)DC边刚进入磁场时,线框加速度的大小为多少?(3)从线框开始下落到DC边刚进入磁场的过程中,线框的机械能损失和重力做功之比?【答案】(1)1:4(2)54g(3)47:4811.如图所示,一质量m=0.5kg的“日”字形匀质导线框“abdfeca”静止在倾角α=37°的粗糙斜面上,线框各段长ab=cd=ef=ac=bd=ce=df=L=0.5m,ef与斜面底边重合,线框与斜面间的动摩擦因数μ=0.25,ab、cd、ef三段的阻值相等、均为R=0.4Ω,其余部分电阻不计。
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图10-11
所做的功等于线圈中产生的焦耳热,所以线圈中产
n d
r
e g
o o
d f
o ,长为b ,磁感强度t =2L/vcos45°vS)/(2ρ)
=2a/vcos45°LavS)/(2ρ)
=
由于通过磁场时速度恒定,则S
)/4Lρ=
h i n
g s
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t h
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d ( )
【解析】 线框进入磁场的过程中,线框的右边做切割磁感线运动,产生感应电动势,从而在整个回路中产生感应
电流,由于线框做匀速直线运动,且切割磁感线的有效长度不断增加,其感应电流的大小不断增加,由右手定则,
可判定感应电流的方向是顺时针的;线框全部进入磁场后,线框的左边和右边同时切割磁感线,当中的感应电流不断减小,由右手定则可判定感应电流的方向是顺时针;当(3)线圈和小车通过磁场的过程中线圈电阻的发热量【解析】(1) 由图可知,从开始,线圈进入磁场,线圈中有感应电流,受安培力作用,小车做减速运动,速cm s 5=度随位移减小,当时,线圈完全进入磁场,线圈中感应电流消失,小车做匀速运动。
因此小车的水平v s cm s 15=cm l 10=
a
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m e ,例题3、
a
m
e a
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变式训练3、如图所示,一边长L=0.2 m 、质量m 1=0.5 kg 、电阻R=0.1 Ω的正方形导体线框m 2=2 kg 的物块通过轻质细线跨过两定滑轮相连.起初ad 边距磁场下边界为d 1=0.8 m,;-m1g-BIL=0 BLv 0、如图所示,边长为进入匀强磁场后,线圈开始做减速运动,直到其上边边进入磁场时的一半,磁场的宽度也为
o
o
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,由楞次定律可知产生阻碍运动的安培力为F=BIl
内,
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s o m e t h i 4.如图甲所示,一个质量m =0.1 kg 的正方形金属框总电阻R =0.5 Ω,金属框放在表面绝缘且光滑的斜面顶端(金属框上边与AA ′重合),自静止开始沿斜面下滑,下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB ′平行、宽度为d 的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB ′重合),设金属框在下滑过程中的速度为v ,与此对应的位移为s ,那么v 2—s 图象,S 2,S 3对应的时间分别为321,,t t t
电磁感应线框压轴题分类之交错磁场问题(注意两条边都切割)
同时切割磁感线,当再次做匀速直线运动时,产生的电动势
不受安培力作用,由机械能守恒定律知,在磁场区域中,
……③
θsin 2
122
1mgd mv += ……④
……⑤
θsin 1gt v =- ……⑥ ……⑦
BIl -
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b (4)求棒ab 穿越n 个磁场区域的过程中通过电阻R 的净电荷量q.
5.如图所示,倾角为370的光滑绝缘的斜面上放着M =1kg 的U 型导轨abcd ,ab ∥cd 。
另有一质量m =1kg 的金属棒
)若导轨从开始运动到最大速度的过程中,流过金属棒EF 的电量
b e
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a 例5:在如图所示的倾角为θ的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小为强磁场,区域I 的磁场方向垂直斜面向上,区域Ⅱ的磁场方向垂直斜面向下,磁场的宽度均为L ,一个质量为m 、电阻为R 、边长也为L 的正方形导线框,由静止开始沿斜面下滑,当a
b 边刚越过GH 进入磁场Ⅰ区时,恰好以速度 v 1做匀速直线运动;当
a
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s o 2如图(a)所示,光滑的平行长直金属导轨置于水平面内,间距为L 。
导轨左端接有阻值为R 的电阻。
质量为体棒垂直跨接在导轨上。
导轨和导体棒的电阻均不计,且接触良好。
在导轨平面上有一矩形区域内存在着竖直R
m
L
B (a)
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d 3.磁悬浮列车的原理如图所示,在水平面上,两根平行直导轨间有竖直方向且等间距的匀强磁场。