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二轮复习应用三大观点破解力电综合问题学案全国通用.doc

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  • 上传时间:2022-12-04
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    • 应用三大观点破解力电综合问题”学前诊断1 b facd静止,棒ab有指向1.两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导 轨间的距离为I导轨上面横放着两根导体棒 ab和cd,构成矩形回路,如图所示两根导体棒的质量皆为 m,电阻皆为R,回路中其他部分的电阻可不计在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场, 磁感应强度为 B设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行,开始时,棒棒cd的初速度v0若两导体棒在运动中始终不接触,求:(1) 在运动中产生的焦耳热最多是多少?⑵当棒ab的速度变为初速度的 寸时,棒cd的加速度是多大?解析:(1)从开始到两棒达到相同速度 v的过程中,两棒的总动量守恒,有 mvo= 2mv ,根据能量守恒定律,整个过程中产生的焦耳热1 2 1" 2 1 2 Q=:mvo — 2mv mv02 2 4⑵设棒ab的速度变为|vo时,cd棒的速度为v3 1则由动量守恒可知mv o= 4mv 0+ mv ',得v' = 4v 0,此时棒cd所受的安培力F = BII =4R由牛顿第二定律可得:棒 cd的加速度大小为.2.2F _ B I v 0 m 4mR答案:(1)jmv 0242 2B I vo4mR2•如图所示,两根足够长的光滑金属导轨 ab、cd与水平面成 0= 30。

      固定,导轨间距离为I= 1 m,电阻不计,一个阻值为 R0的定值电阻与电阻箱并联接在两金属导轨的上端,整个系统置于匀强磁场中,磁感应强度方向与导轨所在平面垂直,磁感应强度大小为 B= 1T现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒 过程中与导轨接触良好改变电阻箱的阻值 系如图乙所示取 g= 10 m/s2求:MN从图示位置由静止开始释放 金属棒下滑R,测定金属棒的最大速度 vm,得到 丄丄的关 v m R甲(1)金属棒的质量 m和定值电阻Ro的阻值;⑵当电阻箱R取2 Q且金属棒的加速度为 彳时,金属棒的速度解析:(1)金属棒以速度vm下滑时,根据法拉第电磁感应定律有 E = BlVm由闭合电路欧姆定律有R RoR+ Ro当金属棒以最大速度 V m下滑时,根据平衡条件有 BII = mgsin 0O2 2 2 2由以上各式整理得1 B I 1 , B I 1 = •—-+vm mgsin 0 R mgsin 0 Ro由vm-1图像可知mgsin 0= 1,m= 0.2 kg,Ro= 2 Qo(2)设此时金属棒下滑的速度为v ,根据法拉第电磁感应定律有 E ' = I'芒聖,又ER + Ro=Bl v o当金属棒下滑的加速度为 4时,根据牛顿第二定律有 mgsin 0- BI' l= mg联立解得v=0.5 m/s。

      答案:(1)0.2 kg 2 Q (2)0.5 m/s3•如图所示,单匝圆形线圈与匀强磁场垂直,匀强磁场的磁感应强度大小为 B,圆形线圈的电阻不计导体棒 a绕圆心O匀 速转动,以角速度 3旋转切割磁感线,导体棒的长度为 I,电阻为r定值电阻R「R2和线圈构成闭合回路, P、Q是两个平行金属板,两极板间的距离为d,金属板的长度为 L在金属板的上边缘,有一质量为 m且不计重力的带负电粒子竖直向下射入极板间,并从金属板q的下边缘离开带电粒子进入电场的位置到 p板的距离为3,离开电场的位置到 Q板的距离为3R" R2、r均为未知量3(1) 求导体棒a顺时针转动还是逆时针转动;(2) 若R1= R2= 2r,试求P、Q间的电场强度大小;(3) 若R1 = 3r, R2= 2r,试求带电粒子的电荷量P板带负解析:(1)依题意,带电粒子受到的电场力水平向右带电粒子带负电,所以 电,Q板带正电由右手定则可知,导体棒 a逆时针方向转动1 2(2)由法拉第电磁感应定律得电动势大小 E0 = ^Bl 3由闭合电路欧姆定律得ER1+ R2+ r由欧姆定律可知,定值电阻 R2两端的电压UPQ= ir22联立可得Bl 3R22 R1 + R2+ r故pQ间匀强电场的电场强度大小E =晋联立并代入 R1 = R2= 2r,可得E =Bl%_5T。

      Bl2 3~6~qUPQmd⑶若 R1 = 3r, R2= 2r, Upq =带电粒子在极板间做类平抛运动d 1 2L = v 0t, 3 = ^at , a=2 2 4d mv0 联立可得q=Bl L 3答案:(1)逆时针转动(2厝2 24d mv0 ⑶ Bl2. 2Bl L 3端ab处由静止释放已知当金属棒到达如图所示的cd位置(金属棒与轨道圆心连线和水平14.如图所示,两根半径为r的1圆弧轨道间距为 L,其顶端a、b4与圆心处等高,轨道光滑且电阻不计, 在其上端连有一阻值为 R的电阻,整个装置处于辐向磁场中,圆弧轨道所在处的磁感应强度大小均 为B将一根长度稍大于 L、质量为m、电阻为Ro的金属棒从轨道顶ef时,对轨道的压力为0,则有:mgcos 0= BIL面夹角为0)时,金属棒的速度达到最大;当金属棒到达轨道底端1.5mg求:(1) 当金属棒的速度最大时,流经电阻 R的电流大小和方向;(2) 金属棒滑到轨道底端的整个过程中流经电阻 R的电量;(3) 金属棒滑到轨道底端的整个过程中电阻 R上产生的热量解析:(1)金属棒速度最大时,在轨道切线方向所受合力为解得:I = mgcos 0,流经R的电流方向为aiRtb。

      BL(2) 金属棒滑到轨道底端的整个过程中,穿过回路的磁通量变化量为:△①=BS = B L于=平均电动势为: T =普,平均电流为:- EI = R+ R0△① 则流经电阻R的电量:q= I At=R+ 2 R + R0 °2 V ⑶在轨道最低点时,由牛顿第二定律得: Fn — mg= 听据题意有:F n = 1.5mg由能量转化和守恒得: Q = mgr— ^mv 2 = 3mgr电阻R上发热量为:QR = £q =耗答案:⑴mgcos B,流经R的电流方向为aT Rt bBL n 3mgrR(2)2 R+ Ro(3)4 R + Ro5.涡流制动是一种利用电磁感应原理工作的新型制动方式, 它的基本原理如图甲所示,水平面上固定一块铝板,当一竖直方向的条形磁铁在铝板上方几毫米高度上水平经过时, 铝板内感应出的涡流会对磁铁的运动产生阻碍作用,涡流制动是磁悬浮列车在高速运行时 进行制动的一种方式某研究所制成如图乙所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的涡流制动过程,车厢下端安装有电磁铁系统,能在长为 Li= 0.6 m,宽L2= 0.2 m的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场,磁感应强度可随车速的减小而自动增大 (由车内速度传感器控制),但最大不超过 B_,= 2 T,将铝板简化为长大于 L!,宽也为L2的单匝矩形线圈,间隔铺设在轨道正中央,其间隔也为 L2,每个线圈的电阻为 艮=0.1 Q导线粗细忽略不计,在某次实验中,模型车速度为 v = 20 m/s时,启动电磁铁系统开始制动,车立即以加速度 ai=2 m/s2做匀减速直线运动,当磁感应强度增加到 Bi时就保持不变,直到模型车停止运动,已知模型车的总质量为 mi= 36 kg,空气阻力不计,不考虑磁感应强度的变化引起的电磁感应现象以及线圈激发的磁场对电磁铁产生磁场的影响。

      1) 电磁铁的磁感应强度达到最大时,模型车的速度为多大?(2) 模型车的制动距离为多大?(3) 为了节约能源,将电磁铁换成若干个并在一起的永磁铁组,两个相邻的磁铁磁极的极性相反,且将线圈改为连续铺放,如图丙所示,已知模型车质量减为 m2= 20 kg,永磁铁激发的磁感应强度恒为 B2= 0.1 T,每个线圈匝数为 N= 10,电阻为R2= 1 Q,相邻线圈紧密接触但彼此绝缘,模型车仍以v = 20 m/s的初速度开始减速,为保证制动距离不大于 80 m,至少安装几个永磁铁?11 =E1R1,v 勺,则 E1= B1L1v 1 ①②③④解析:(1)假设电磁铁的磁感应强度达到最大时,模型车的速度为F1 = B1l 止1,F1= m1a1由①②③④式并代入数据得 v 1 = 5 m/s2)模型车做匀减速运动的距离为X1 =v2-v 122ai=93.75 m由第(1)问的方法同理得到磁感应强度达到最大以后任意速度2 2Bl Li v-R1v时,安培力的大小为 F对速度v 1后模型车的减速过程用动量定理可得F t= miv i,联立 v t= x2, x= x1+ x2,得:x= 106.25 m。

      3) 假设需要n个永磁铁,当模型车的速度为 v时,每个线圈中产生的感应电动势为E2= 2NB2L1V每个线圈中的感应电流为12= R2每个磁铁受到的阻力为 F2= 2NB2I2L1n个磁铁受到的阻力为 F合=2nNB2l2L1由第(2)问可得n2224N B2 L1R2x = m2V得:n = 3.47即至少需要4个永磁铁答案:(1)5 m/s (2)106.25 m (3)4 个。

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