2023学年高二领军班物理校本作业（线框进出磁场问题）教师版公开课教案教学设计课件资料.docxVIP

试卷第=page11页，共=sectionpages33页

试卷第=page11页，共=sectionpages33页

2023学年高二领军班物理校本作业（线框进出磁场问题）

一、解答题

1．如图所示，倾角的光滑固定斜面上相隔d=0.8m的平行虚线MN与间有磁感应强度大小B=1T、方向垂直斜面向下的匀强磁场。质量m=40g、电阻、边长L=0.2m的正方形单匝金属线圈受到沿斜面向上的恒力作用，线圈进入磁场的过程作速度的匀速运动，线圈的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。重力加速度。求：

（1）线圈进入磁场的过程中，通过ab边的电荷量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。

【答案】（1）；（2）；（3）。

【详解】（1）线圈进入磁场的过程中，有

解得

（2）线圈匀速进入磁场，根据平衡条件有

解得

（3）线圈ab边刚进入磁场时,ab边产生电动势，ab边两端的电压为外电压，则有

线圈cd边刚要离开磁场时，设此时线框速度为，cd边产生电动势，则ab边两端的电压为

由题意可知

解得

线圈通过磁场的过程中，根据动能定理有

根据安培力做功和电热的关系有

根据热量分配关系有

解得

2．如图所示，空间存在垂直水平面向下的有界匀强磁场，磁感应强度，平行边界、之间的距离。一边长为2a电阻均匀分布的闭合正三角形导线框置于光滑的水平面上，其质量，电阻，初始时正三角形导线框的顶点A位于上，边平行于。不计导线框中产生的感应电流对原磁场的影响。

（1）若线框在垂直于边界方向的水平拉力F的作用下从初始位置以的速度匀速向右运动，求边进入磁场之前，两点间的电势差。

（2）在（1）问的条件下，求边进入磁场之前，力F所做的功以及边所产生的热量；

（3）若线框不受水平拉力F的作用而是以的初速度水平向右滑行，建立以线框初始所在位置的A点为坐标原点，垂直于边水平向右为正方向的x坐标轴，求线框向右滑行的速度大小与A点坐标值x的关系式。

【答案】（1）；（2）；；（3）（）

【详解】（1）线框CD进入磁场前，其切割的有效长度均是

切割速度为

电动势

电流

方向C指向D。

CD电势差

（2）线框进入磁场前，电流不变，拉力F不变

（3）边进入磁场前，根据动量定理：

当时，，说明导线框边未进入磁场

（）

3．电磁缓冲装置是一种利用电磁力来实现有效缓冲车辆间的速度差，避免车辆间发生碰撞和追尾事故的安全装置。某电磁缓冲车结构如图所示（俯视图），其主要部件为缓冲滑块K和质量为m的缓冲车厢。在缓冲车的底板上，沿车的轴线固定着两个光滑水平绝缘导轨PQ、MN。车厢底部的电磁铁（图中未面出）能产生垂直导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B。导轨内的缓冲滑块K由高强度绝缘材料制成，其上绕有n匝闭合矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，ab边长为L。缓冲装置工作时，滑块K在缓冲车与障碍物C碰撞后能立即停下。某次事故中，缓冲车以速度v0与障碍物C碰撞后，在线圈与轨道间磁场力的作用下继续前进L后速度减小为零，此时滑块下还未完全进入导轨间的磁场区域。忽略一切摩擦阻力。求：

（1）此次碰撞过程中滑块K上的线圈所能产生的感应电流最大值；

（2）此次碰撞过程中，线圈abcd中通过的电量和产生的焦耳热各是多少？

（3）若缓冲车以某一未知速度与障碍物C碰撞后，缓冲车厢所受的最大水平磁场力为Fm。要使导轨右端不碰到障碍物C，则碰撞前，导轨右端与滑块K的cd边距离至少多大？

【答案】（1）；（2），；（3）

【详解】（1）滑块K上的线圈所能产生的感应电动势的最大值

感应电流的最大值

（2）由法拉第电磁感应定律

其中

由电流强度计算公式

得到

由功能关系可得

（3）当缓冲车以某一速度v0′（未知）与障碍物C碰撞后，滑块K立即停下，滑块相对于磁场的速度大小为v0′，线圈产生的感应电动势为

线圈中的电流为

线圈ab边受到的安培力

由题意得

解得

由动量定理可知

当v=0时，解得

4．2022年6月，中国人民解放军海军航空母舰“福建舰”下水，将按计划开展系泊试验和航行试验。图示为某航母舰载机电磁弹射的简化原理：在水平面内由平行长直固定绝缘轨道组成的区域内，等间距分布着竖直向下和竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。一电阻为R、质量为m的矩形金属框放在轨道上，其长边边长为L，短边边长等于每个磁场的宽度。当磁场向右运动的速度足够大时，金属框将沿轨道向右运动，运动过程中所受阻力大小恒为f。

（1）若磁场以速率v运动时，金属框不动，求金属框在图示位置时的电流大小与方向；

（2）若磁场以较大速率做匀速运动，驱动金属框获得的最大速率为，求磁场的速率；

（3）若磁场由静止开始以加速度a做匀加速运动，求经历多长时间金属框开始运动以及金属框和磁场最终速度