电磁感应现象中的受力问题和能量问题2015.doc.docVIP

电磁感应现象中的受力问题 一、知识精要 1．电磁感应现象中的受力问题 （1）在电磁感应现象中，由于导体内有感应电流的产生，而电流必受安培力作用，因此在电磁感应现象中将涉及许多力学问题。 （2）电磁感应现象中的动态分析 在电磁感应的力学中，由于感应电流与导体切割磁感线运动的速度有着相互制约关系，故导体一般不是作匀变速运动，而是经过一个动态变化过程趋于稳定状态。分析这一动态过程而确定最终状态是解决这类问题的关键。分析顺序一般为：对磁场中的导体进行受力分析和状态分析（特别注意安培力的方向）→合外力变化→加速度变化→速度变化→周而复始循环，最终导体达稳定状态。 （3）注意：画好受力图是关键。当加速度为0时，导体的速度达到最大——此速度称为收尾速度。 二、例题精讲 1在磁感应强度为B的水平均强磁场中，竖直放置一个冂形金属框ABCD，框面垂直于磁场，宽度BC＝L，质量m的金属杆PQ用光滑金属套连接在框架AB和CD上如图.金属杆PQ电阻为R，当杆自静止开始沿框架下滑时： (1)开始下滑的加速度为多少? (2)框内感应电流的方向怎样？ (3)金属杆下滑的最大速度是多少? (4)从开始下滑到达到最大速度过程中重力势能转化为什么能量 2．如图所示，MN、PQ是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度为B。在导轨的M、P端连接一个阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，从静止释放开始沿导轨下滑，求ab棒的最大速度。（要求画出ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金属棒的电阻不计） 3．.如图所示，在方向竖直向上的磁感应强度为B的匀强磁场中，有两条足够长的平行金属导轨，其电阻不计，间距为L，导轨平面与磁场方向垂直。ab、cd为两根垂直导轨放置的、电阻都为R、质量都为m的金属棒。棒cd用能承受最大拉力为T0的水平细线拉住，棒cd与导轨间的最大静摩擦力为f 。棒ab与导轨间的摩擦不计，在水平拉力F的作用下以加速度a由静止开始向右做匀加速直线运动，求： （1）线断以前水平拉力F随时间t的变化规律； （2）经多长时间细线将被拉断。 4．如图甲所示，光滑且足够长的平行金属导轨MN、PQ固定在同一水平面上，两导轨间距L=0.2m，电阻R=0.4Ω，导轨上停放一质量m=0.1kg、电阻r=0.1Ω的金属杆，导轨电阻可忽略不计，整个装置处于磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。现用一外力F沿水平方向拉杆，使之由静止开始运动，若理想电压表的示数U随时间t变化的关系如图乙所示。 求：⑴金属杆在5s末时的运动速度．　⑵第4s末时外力F的瞬时功率。 5．如图(1)所示，一个足够长的“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内，MN、PQ两导轨间的宽为L=0.50m．一根质量为m=0.50kg的均匀金属导体棒ab静止在导轨上且接触良好，abMP恰好围成一个正方形．该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中．ab棒的电阻为R=0.10，其他各部分电阻均不计．开始时，磁感应强度B0=0.50T (1)若保持磁感应强度B0的大小不变，从t=0时刻开始，给ab棒施加一个水平向右的拉力，使它做匀加速直线运动．此拉力T的大小随时间t变化关系如图(2)所示．求匀加速运动的加速度及ab棒与导轨间的滑动摩擦力． (2)若从某时刻t=0开始，调动磁感应强度的大小使其以=0.20 T/s的变化率均匀增加．求经过多长时间ab棒开始滑动?此时通过ab棒的电流大小和方向如何?(ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等) ， 4 B C P Q A D P M R b a B θ θ N Q