8.如图8甲所示,一边长为L=2.5
m、质量m=0.5
kg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、磁感应强度为B=0.8
T的有界匀强磁场中,它的
一边与磁场的边界MN重合.在水平向左的力F作用下由静止开始向左运动,经过5
s线框被拉出磁场.测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图乙所示,在金属线框被拉出的过程中:
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图8
(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5 s内力F做功为1.92 J,那么在此过程中,线框产生的焦耳热是多少?
[解析] (1)由I-t图象的面积可得:q=×5×0.5 C=1.25 C
则由q=得R=4 Ω.
(2)线框中的电流I=
则==a
由I-t图象的斜率可得:==0.1
故a=0.2 m/s2
因F-FA=ma
所以F=ma+at
F=0.2t+0.1(N).
(3)v=at=0.2×5 m
/s=1 m/s
根据动能定理:WF-Q=mv2
所以Q=1.67 J.
[答案] (1)4 Ω (2)F=0.2t+0.1 (N)
(3)1.67 J
7.(2014·福建三明市联考)如图7甲所示,固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨,间距d=0.5 m,导轨右端连接一阻值为R=4 Ω的小灯泡L.在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化如图乙所示,CF长为2 m.在t=0时刻,电阻为r=1 Ω的金属棒ab在水平恒力F=0.2 N作用下,由静止开始沿导轨向右运动,t=4 s时进入磁场,并恰好能够匀速运动.求:
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图7
(1)0~4 s内通过小灯泡的电流强度;
(2)金属棒在磁场中匀速运动的速度;
(3)金属棒的质量.
[解析] (1)金属棒未进入磁场,电路总电阻R总=RL+Rab=5 Ω
回路中感应电动势为:E1===0.5 V
灯泡中的电流强度为:I==0.1 A.
(2)因金属棒在磁场中匀速运动,则
F=BI′d
又:I′=E/(R+r),E=Bdv
解得:v=1 m/s.
(3)金属棒未进入磁场的加速度为:a==0.25 m/s2
金属棒的质量:m==0.8 kg.
[答案] (1)0.1 A (2)1 m/s (3)0.8 kg
6.
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图6
(多选)矩形线圈abcd,长ab=20 cm,宽bc=10 cm,匝数n=200,线圈回路总电阻R=5 Ω.整个线圈平面内均有垂直于线圈平面的匀强磁场穿过.若匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图6所示,则( )
A.线圈回路中感应电动势随时间均匀变化
B.线圈回路中产生的感应电流为0.4 A
C.当t=0.3 s时,线圈的ab边所受的安培力大小为0.016 N
D.在1 min内线圈回路产生的焦耳热为48 J
[解析] 由E=n=nS可知,由于线圈中磁感应强度的变化率= T/s=0.5
T/s为常数,则回路中感应电动势为
E=n=2
V,且恒定不变,故选项A错误;回路中感应电流的大小为I==0.4
A,选项B正确;当t=0.3 s时,磁感应强度B=0.2 T,则安培力为F=nBIl=200×0.2×0.4×0.2 N=3.2N,故选项C错误;1 min内线圈回路产生的焦耳热为Q=I2Rt=0.42×5×60 J=48 J.选项D正确.
[答案] BD
5.
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图5
(多选)如图5所示,L1、L2、L3是完全相同的灯泡,L为直流电阻可忽略的自感线圈,电源内阻不计,开关S原来接通.现将开关S断开,则( )
A.L1点亮,L2变暗,最终两灯一样亮
B.L2闪亮一下后恢复到原来的亮度
C.L3变暗一下后恢复到原来的亮度
D.L3闪亮一下后恢复到原来的亮度
[解析] 当S闭合时,L把灯L1短路,L1不亮,IL3=IL2=;将S断开时,L1与L2串联,电流变小,L2变暗,L1被点亮,最终两灯一样亮.由于L中的电流要减小,且与L3串联,IL3′=,因此L3要闪亮一下后再恢复到原来的亮度.因此正确选项为A、D两项.
[答案] AD
4.如图4所示的两个有界匀强磁场,磁感应强度大小均为B,方向分别垂直纸面向里和向外,磁场宽度均为L,距磁场区域的左侧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.现用拉力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域,以初始位置为计时起点.规定电流沿逆时针方向时电动势E为正,拉力F向右为正.则以下关于线框中通过的电荷量q、感应电动势E、拉力F和产生的热量Q随时间t变化的图象正确的是( )
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图4
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[解析] 此类问题可划分为几个不同的运动过程:0~L过程,线框在磁场外,E=0,F=0,q=0,Q=0;L~2L过程,线框在磁场中匀速运动,E1=BLv,E1恒定,方向沿逆时针方向,感应电流大小恒定,Q=I2Rt1,Q不恒定,选项D错;2L~3L过程,线框位于两个磁场中,两侧产生感应电动势方向相同,沿顺时针方向,E2=Bv·2L
=2BLv=2E1,通过线框的电荷量q2=2q1,拉力F2=2B·L=L==4F1,且方向仍向右,选项A、C错;由分析知选项B正确.
[答案] B
3.
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图3
如图3所示的金属圆环放在有界匀强磁场中,将它从磁场中匀速拉出来,下列说法正确的是( )
A.向左拉出和向右拉出过程中,其感应电流方向相反
B.不管从什么方向拉出,环中的感应电流方向总是逆时针的
C.不管从什么方向拉出,环中的磁通量的变化量都相同
D.在匀速拉出过程中,感应电流大小不变
[解析] 无论是向左拉出还是向右拉出磁场区域,圆环中的磁通量都减少,由楞次定律可判出环中的感应电流方向应是顺时针的,C项正确,A、B项错误;由E=Blv知,圆环被拉出时,切割的有效长度在变化,因此,E发生变化,
感应电流大小发生变化,D项错误.
[答案] C
2.
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图2
如图2所示,正方形线
圈abcd位于纸面内,边长为L,匝数为N,线圈内接有电阻值为R的电阻,过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上,磁场的磁感应强度为B.当线圈转过90°时,通过电阻R的电荷量为( )
A. B.
C. D.
[解析] 初状态时,通过线圈的磁通量为Φ1=,当线圈转过90°时,通过线圈的磁通量为0,由q=N可得通过电阻R的电荷量为.
[答案] B
1.
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图1
(2011·上海高考)如图1,均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置,当a绕O点在其所在平面内旋转时,b中产生顺时针方向的感应电流,且具有收缩趋势,由此可知,圆环a( )
A.顺时针加速旋转
B.顺时针减速旋转
C.逆时针加速旋转
D.逆时针减速旋转
[解析] 由楞次定律知,欲使b中产生顺时针电流,则a环内磁场应向里减弱或向外增强,a环的旋转情况应该是顺时针减速或逆时针加速,由于b环又有收缩趋势,说明a环外部磁场向外,内部向里,故选B.
[答案] B
2.
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图9-4
如图9-4,MN、PQ两条平行的光滑金属轨道与水平面成θ=30°角固定,轨距为L=1 m、质量为m的金属杆ab水平放置在轨道上,其阻值忽略不计.空间存在匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面向上,磁感应强度为B=0.5 T.P、M间接有阻值R1的定值电阻,Q、N间接变阻箱R0,现从静止释放ab,改变变阻箱的阻值R,测得最大速度为v m,得到与的关系图线如图9-5所示.若轨道足够长且电阻不计,重力加速度g取10 m/s2.求
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图9-5
(1)金属杆的质量m和定值电阻的阻值R1;
(2)当变阻箱R取4 Ω时,且金属杆ab运动的加速度为gsinθ时,此时金属杆ab运动的速度;
(3)当变阻箱R取4 Ω时,且金属杆ab运动的速度为时,定值电阻R1消耗的电功率.
[解析] (1)总电阻为R总=R1R/(R1+R),I=BLv/R总
当达到最大速度时金属棒受力平衡,mgsin θ=BIL=(R1+R),
=+,
根据图象代入数据,可以得到棒的质量m=0.1 kg,R=1 Ω.
(2)金属杆ab运动的加速度为gsin θ时,I′=BLv′/R总
根据牛顿第二定律F合=ma
mgsin θ-BI′L=ma[来源:学&科&网]
mgsin θ=(R1+R)=mgsin θ
代入数据,得到v′=0.8 m/s.
(3)当变阻箱R取4 Ω时,根据图象得到vm=1.6 m/s,
P===0.16 W.
[答案] (1)0.1 kg 1 Ω (2)0.8 m/s (3)0.16 W
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巧选排除法,妙解图象题
(2011·海南高考)如图9-6所示,EOF和E′O′
F′为空间一匀强磁场的边界,其中EO∥E′O′,FO∥F′O′,且EO⊥OF;OO′为∠EOF的角平分线,OO′间的距离为l;磁场方向垂直于纸面向里.一边长为l的正方形导线框沿O′O方向匀速通过磁场,t=0时刻恰好位于图示位置.规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正,则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是( )
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图9-6
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[技法攻略] 本题中四个选项都是i-t关系图线,故可用排除法.因在第一个阶段内通过导线框的磁通量向里增大,由楞次定律可判定此过程中电流沿逆时针方向,故C、D错误.由于穿过整个磁场区域的磁通量变化量ΔΦ=0,由q=可知整个过程中通过导线框的总电荷量也应为零,而在i-t图象中图线与时间轴所围总面积表示通过的总电荷量,为零,即时间轴的上下图形面积的绝对值应相等,故A错误,B正确.
[答案] B
一矩形线圈abcd位于一随时间变化的匀强磁场内,磁场方向垂直于线圈所在的平面向里(如图9-7甲所示),磁感应强度
B随时间t变化的规律如图乙所示.以I表示线圈中的感应电流(图甲中线圈上箭头方向为电流的正方向),则下列选项中能正确表示线圈中电流I随时间t变化规律的是( )
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图9-7
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[技法攻略] 0~1 s内磁感应强度均匀增大,根据楞次定律和法拉第电磁感应定律可判定,感应电流为逆时针(为负值)、大小为定值,A、B错误;4~5 s内磁感应强度恒定,穿过线圈abcd的磁通量不变化,无感应电流,C正确,D错误.
[答案] C
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1.(2014·长沙一中质检)如图9-2所示,光滑平行的金属导轨MN和PQ,间距L=1.0 m,与水平面之间的夹角α=30°,匀强磁场磁感应强度B=2.0 T,垂直于导轨平面向上,MP间接有阻值R=2.0 Ω的电阻,其他电阻不计,质量m=2.0 kg的金属杆ab垂直导轨放置,用变力F沿导轨平面向上拉金属杆ab,若金属杆ab以恒定加速度a=2 m/s2由静止开始做匀变速运动,则:(g=10 m/s2)
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图9-2
(1)在5 s内平均感应电动势是多少?
(2)第5 s末,回路中的电流多大?
(3)第5 s末,作用在ab杆上的外力F多大?
[解析] (1)ΔΦ=BΔS=BLx=BL·at2①
由法拉第电磁感应定律得=②
联立解得,=10 V.③
(2)5 s末的瞬时速度为v=at④
5 s末的感应电动势为E=BLv⑤
由欧姆定律得I=⑥
联立解得I=10 A.⑦
(3)由安培力公式得F安=BIL⑧
由牛顿第二定律得F-(F安+mgsin30°)=ma⑨
联立解得F=34 N.⑩
[答案] (1)10 V (2)10 A (3)34 N
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灵活综合,融会贯通 |
物理方法是相通的,一种方法中往往包含着另一种或几种方法的使用,只有常用常练,才能熟能生巧,在解题中自然产生灵感,即所谓的灵机一动,才能将不同的方法、技巧有机地结合基础知识和基本规律,整合于综合运用之中,避免生搬硬套,达到融会贯通、灵活综合运用的更高境界,高考中自然胜人一筹.
如图9-3甲所示,一正方形单匝线框abcd放在光滑绝缘水平面上,线框边长为L、质量为m、电阻为R.该处空间存在一方向竖直向下的匀强磁场,其右边界MN平行于ab,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,0~t0时间内B随时间t均匀变化,t0时间后保持B=B0不变.
(1)若线框保持静止,则在时间t0内产生的焦耳热为多少?
(2)若线框从零时刻起,在一水平拉力作用下由静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为a,经过时间t0线框cd边刚要离开边界MN.则在此过程中拉力做的功为多少?
(3)在(2)的情况下,为使线框在离开磁场的过
程中
,仍以加速度a做匀加速直线运动,试求线框在离开磁场的过程中水平拉力F随时间t的变化关系.
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图9-3
[解析] (1)线框中产生的感应电动势E==
在时间t0内产生的焦耳热Q=
解得Q=
(2)t0时刻线框的速度v0=at0
在此过程中拉力做的功W=mv
解得W=ma2t.
(3)设线框离开磁场过程的时间为t′,则有
L=v0t′+at′2
解得t′= -t0
线框在离开磁场的过程中运动的速度v=at
产生的感应电流I=
由牛顿第二定律有F-B0IL=ma
解得F=+ma (t0≤t≤ )
[答案] (1) (2)ma2t
(3)F=+ma(t0≤t≤ )
[即学即用]
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