电磁感应—导体线框类问题归类分析报告.docx

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电磁感应—导体线框类问题归类分析

近几年高考物理试卷和理科综合试卷,导体线框在磁场中运动常涉及力学和能量问题,可综合多个物理高考知识点.其特点是综合性强、物理过程复杂,有利于对学生综合运用所学的知识从多层面、多角度、全方位分析问题和解决问题的能力考查。

一、导体线框运动与图像综合

例题1、如图所示,等腰三角形分布有垂直于纸面向外的匀强磁场,它的底边在x轴上且长为2L,高为L.纸面一边长为L的正方形导框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过磁场区域,在t=0时刻恰好位于图中所示的位置.以顺时针方向为导线框中电流的正方向,在下面四幅图中能够正确表示电流—位移(I—x)关系的是

( )

【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

x 3

部进入磁场后,线框的左边和右边同时切割磁感线,当

≤L时,回路中的感应电流不断减

2

3Lx L

小,由右手定则可判定感应电流的方向是顺时针;当 2

2

时,回路中的感应电流不断增

加,但感应电流的方向是逆时针.线框出磁场的过程,可依照同样方法分析.

【答案】 A

变式训练1、如右图所示,闭合直角三角形导线框ABC的直角边BC与匀强磁场边界平行,若让框沿BA方向匀速通过有明显边界的匀强磁场区,磁场宽度LAB,则在整个过程中,线框的感应电流随时间变化的图象是下图中的(取逆时针方向为电流正方向)

正确答案:C

二、导体线框运动与电路综合

例题2、用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示.在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电压分别为U、U、

a b

U和U.下列判断正确的是( )

c d

A.U<U<U<U B.U<U<U<U

a b c d a b d c

C.U=U<U=U D.U<U<U<U

a b d c b a d c

解析:线框进入磁场后切割磁感线,a、b产生的感应电动势是c、d电动势的一半.而不同的

线框的电阻不同.设a线框电阻为4r,b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r,则

U ?BLv?3r

?3BLv,U

?BLv?5r

?5BLv,U

?B2Lv?6r

?3BLv,

a 4r 4 b

6r 6 c

8r 2

U ?B2Lv?4r

?4Blv.所以B正确.

d 6r 3

变式训练2、如图甲所示.空间有一宽为2L的匀强磁场区域,磁

变式训练2、如图甲所示.空间有一宽为2L的匀强磁场区域,磁

感应强度为B,方向垂直纸面向外.abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框,总电阻值为R.线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域.在运动过程中,线框ab、cd两边始终与磁场边界平行.设线框刚进入磁场的位置x=0,x轴沿水平方向向右。求:

线框穿过磁场的过程中,线框中产生的焦耳热;

在下面的乙图中,画出ab两端电势差U

ab

随距离变化的图象。其中U

0

=BLv。

解析:(1)dc切割磁感线产生的感应电动势

解析:(1)dc切割磁感线产生的感应电动势 E=BLv

回路中的感应电流

ab两端的电势差

I?BLv

R

U?I?1R?1BLv

4

4

b端电势高

(2)设线框从dc边刚进磁场到ab边刚进磁场所用时间为t

由焦耳定律 Q?2I2Rt

2B2L3v

Q?

R

(3)ab两端电势差U

ab

随距离变化的图象

三、导体线框运动与力学综合

例题3、如图甲所示,ABCD为一足够长的光滑绝缘斜面,EFGH围存在方向垂直斜面的匀强磁场,磁场边界EF、HG与斜面底边AB平行.一正方形金属框abcd放在斜面上,ab边平行于磁场边界.现使金属框从斜面上某处由静止释放,金属框从开始运动到cd边离开磁场的过程中,其运动的v-t图象如图乙所示.已知金属框电阻为R,质量为m,重力加速度为g,图乙中金属框运动的各个时刻及

对应的速度均为已知量,求:

斜面倾角的正弦值和磁场区域的宽度;

金属框cd边到达磁场边界EF

前瞬间的加速度;

金属框穿过磁场过程中产生的焦耳热.

v

解析 (1)由题图乙可知,在0~t时间金属框运动的加速度a=1

1 1 t

1

设斜面的倾角为θ,金属框边长为l,由牛顿第二定律有

0

a=gsinθ

1

v

解得sinθ=1

在t~

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