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《用“三环五步法”解电磁感应现象中的动力学和能量问题》Microsoft文档

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《用“三环五步法”解电磁感应现象中的动力学和能量问题》|三环|第一环:分类 第二环:建模 第三环:定调 五步第一步:分析源 第二步:分析路 第三步:分析力 第四步:分析态 第五步:分析能绵阳东辰国际学校 胡明会 2020-08-11顺藤摸瓜型 理想模型 物体平衡中间开花型倒打一耙型 状态模型 过程模型牛顿定律 动能定理求岀电源电动势和内阻求出相关部份电流的大小以便求解安培力定研究对象,只分析性质力、只分析外力,特别是安培力 研究对象处于平衡态还是非平衡态根据功能关系典型例题1 ?如图所示,两条间距L=lm的光滑金属导轨制成的斜面和水平面,斜面 的中间用阻值为R=2Q的电阻连接.在水平导轨区域和斜面导轨及其右侧区域内分别有竖直向下和竖直向上的匀强磁场lb和B2,且 B1 = B2=0.5T.在斜面的顶端e、f两点分别用等长轻 质柔软细导线连接ab.ab和cd是质量均为m=()?lkg, 长度均为lm的两根金属棒,ab棒电阻为ri=2 Q , cd棒电阻为r2=4 Q , cd棒置于水平导轨上且与导轨 垂直,金属棒、导线及导轨接触良好.已知t=()时刻 起,cd棒在外力作用下开始水平向右运动(cd棒始终在水平导轨上运动),ab棒 受到F=0.75+0.2t (N)沿水平向右的力作用,始终处于静止状态且静止时细导线与竖直方向夹角8=37°?导轨的电阻不计,图中的虚线为绝缘材料制成的固定支 架.(沪 10m/s2, sin37° =0.6, cos37° =0.8)(1) 分析并计算说明cd棒在磁场中做何种运动;(2) t=0时刻起,求Is内通过ab棒的电量q;(3) 若t=0时刻起,2s内作用在cd棒上外力做功为W=21.33J,则这段时间内电 阻R上产生的焦耳热Qr多大?典型例题2.如图所示,ef, gh为水平放置的足够长的平行光滑导轨,导轨间距为I X X XXXX牡X XX x_xgdX XX XhL=lm,导轨左端连接一个R=2Q的电阻,将一根质量 为0.2kg的金属棒"垂直地放置导轨上,且与导轨接 触良好,导轨与金属棒的电阻均不计,整个装置放在 磁感应强度为B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直于 导轨平面向下.现对金属棒施加一水平向右的拉力F, 使棒从静止开始向右运动.试解答以下问题.(1) 若施加的水平外力恒为F=8N,则金属棒达到的稳定速度5是多少?(2) 若施加的水平外力的功率恒为P=18W,则金属棒达到的稳定速度V2是多少?(3) 若施加的水平外力的功率恒为P=18W,则金属棒从开始运动到速度v3=2m/s 的过程中电阻R产生的热量为8.6J,则该过程所需的时间是多少?典型例题3?如图所示,质量mi=O.lkg,电阻R—0.3Q,长度l=0.4m的导体棒ab 横放在U型金属框架上.框架质量m2=0.2kg,放在绝缘水平 面上,与水平面间的动摩擦因数U =0.2,相距0?4m的MMZ、 NN'相互平行,电阻不计且足够长.电阻R2=0.1Q的MN垂 直于MM*.整个装置处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强 度B=0.5T.垂直于ab施加F=2N的水平恒力,ab从静止开 始无摩擦地运动,始终与MM'、NN'保持良好接触.当ab 运动到某处时,框架开始运动.设框架与水平面间最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g 取 10m/s2.(1) 求框架开始运动时ab速度v的大小;(2) 从ab开始运动到框架开始运动的过程中,MN上产生的热量Q=0.1J,求该过 程ab位移x的大小.典型例题4.如图所示,水平面上有两根相距0?5m的足够 长的平行金属导轨MN和PQ,它们的电阻可忽略不计,在 M和P之间接有阻值为R的定值电阻,导体棒ab长l=0.5m, 其电阻为「,与导轨接触良好.整个装置处于方向竖直向上 的匀强磁场中,磁感应强度B=0.4T.现使ab以v=10m/s的 速度向右做匀速运动.(1) ab中的感应电动势多大?(2) ab中电流的方向如何?(3)若定值电阻R=3. OQ,导体棒的电阻zl. OQ,则电路电流大?典型例题5.如图甲所示,两根足够长的光滑平行金属导轨相距为L=0.40m,导轨 平面与水平面成0 =30°角,上端和下端通过导线分别连接阻值R1=R2=1.2Q的电阻, 质量为m=0.20kg、阻值为r=0.20 Q的金属棒ab放在两导轨上,棒与导轨垂直且保 持良好接触,整个装置处在垂直导轨平面向上的磁场中,取重力加速度g=10m/s2.若 所加磁场的磁感应强度大小恒为B,通过小电动机对金属棒施加力,使金属棒沿导 轨向上做匀加速直线运动,经过0.5s电动机的输出功率达到10W,此后保持电动机 的输出功率不变,金属棒运动的图如图乙所示,试求:(1) 磁感应强度B的大小;(2) 在0-0.5S时间内金属棒的加速度a的大小;(3) 在0-0.5S时间内电动机牵引力F与时间t的关系;(4) 如果在0-0.5s时间内电阻弘产生的热量为0.135J,则这段时间内电动机做的 功.M XP典型例题6.如图所示,在距离水平地面h=().8m的虚线的上 方有一个方向垂直于纸面水平向里的匀强磁场,磁感应强度 B=1T?正方形线框abed的边长l=0.2m、质量m=O.lkg, R=0.08 Q,物体A的质量M=0.2kg.开始时线框的cd边在地面上, 各段绳都处于伸直状态,从如图所示的位置将A从静止释 放.一段时间后线框进入磁场运动.当线框的cd边进入磁场 时物体A恰好落地,此时轻绳与物体A分离,线框继续上升 一段时间后开始下落,最后落至地面.整个过程线框没有转 动,线框平面始终处于纸面,g取10m/s2.求:(1) 线框从开始运动到最高点所用的时间;(2) 线框落地时的速度大小;(3) 线框进入和离开磁场的整个过程中线框产生的热量.典型例题7.如图所示,在绝缘光滑的水平面上,有一个质量为m、边长为L的正 方形线框,用一垂直于ab边的恒定外力将正方形线框以速率门匀速拉进磁感应强 度为B的有界匀强磁场区域,当正方形线框全部进入磁场后立即将外力撤去,线框 最终能完全离开磁场,若测得Cd边刚要离开磁场时速率为V2,已知磁场方向竖直 向下,宽度为5L,正方形线框每条边的电阻均为R,求:(1) 恒定外力的大小;(2) 线框ab边刚进磁场到刚要出磁场时所用时 间I和cd边刚要离开磁场时的电势差Ued;(3) 整个过程中产生的焦耳热Q.典型例题8.如图所示,两根足够长的平行光滑金 属导轨MN、PQ与水平面的夹角为a =30° ,导轨 电阻不计,导轨处在垂直导轨平面斜向上的有界匀 强磁场中?两根电阻都为R=2Q、质量都为m=0.2kg 的完全相同的细金属棒ab和cd垂直导轨并排靠紧 的放置在导轨上,与磁场上边界距离为x=1.6m, 有界匀强磁场宽度为3x=4.8m.先将金属棒ab由 静止释放,金属棒ab刚进入磁场就恰好做匀速运
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