磁场图像、能量、电路等问题(学生)

1、授课类型磁场分类训练教学内容【磁场中的稳态问题】例、如图所示，固定于水平桌面上的金属框cder，处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒搁在框架上，口j无摩擦滑 动，此时仇/血构成一个边长为厶的正方形，棒的电阻为厂，其余部分电阻不计，开始时磁感应强度为民）。若从戶0时刻起，磁感强度均匀增加，每秒增量为匕同吋保持棒静止，求棒中的感应电流，在图上标出感应 电流的方向。在上述（1）情况中，始终保持静止，当t=t|s未时需加的垂直棒的水平拉力为多人？若从r=o时刻起，磁感强度逐渐减小，当棒以恒定速度u向右做匀速运动时，町使棒中不产生感应电流，则磁 感强度应怎样随时间变化（写出3与/的关系式）？b【变式训练】1

2、 如图所示，和户0是平行的水平光滑金属导轨，电阻不计。和cd是两根质量均为加的导休棒, 垂直放在导轨上，导体棒有一定电阻，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。原来两导体棒都静止，当加棒受xxxxxx>xx bxxxxxm acatpbdq到瞬时冲击力作用而向右以旳运动（两棒没有相碰），则（）a. 刃棒先向右做加速运动，后减速运动b. m棒向右做匀加速运动c. "和c棒最终以“/2向右匀速运动d. 由于过程中有电能的消耗，两棒最终静止2. 如图所示，两条平行光滑金属滑轨与水平方向夹角。=30°,匀强磁场信0.4t,方向垂直滑轨平而，金属棒艺力质 量为0. 1kg, c 棒

3、质量为0. 2kg,它们长度均为z=0. 5m,且垂直轨道放置，闭合回路有效电阻为0.2q,开始时两棒 静止,当"棒在沿斜面向上的外力作用下,以1. 5m/s的速度沿斜面向上运动的同时,刃也自由释放,则：（1）棒c的最大加速度为多少?（2）棒qd的最人速度为多少？（3）当棒q运动的速度达到最大时，作川在棒必上外力的功率多大?3. 如图所示，水平放置的u形金属框架中接有电源，电源的电动势为8,内阻为r,椎架上放登一质量为m、电阻为r的 金属杆，它可以在框架上无摩擦地滑动,框架两边相距l,匀强磁场的磁感应强度为b,方向竖肓向下.当ab杆受到水平向右恒力f后开始向右滑动，求：(dab杆从静

4、止开始向右滑动，启动时的加速度.(2) ab杆可以达到的最大速度vmax(3) ab杆达到最人速度寸电路屮每秒放出的热量q.4. 如图所示，两根足够长的直金属导轨mn、p0平行放置在倾角为0的绝缘斜面上，两导轨间距为厶m、p两点 间接有阻值为r的电阻。-根质量为加的均匀直金属杆“放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度 为b的匀强磁场屮，磁场方向垂肓斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略。让的杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和 金属杆接触良好，不计它们z间的摩擦。(1) 由b向。方向看到的装置右图所示，请在此图中画出杆下滑过程中某吋刻的受力示意图：(2) 在加速卜滑过程中，当劝杆的速度大小为

5、时，求此时册杆中的电流及英加速度的大小；(3) 求在下滑过程中，亦杆可以达到的速度最大值。图图(b)【磁场中的图像问题】例.如图所示，平行金属导轨m?v、p0光滑f足够长，固定在同一水平面上，两导轨间距厶=0.25/77,电阻/?=0.50, 导轨上停放一质量加=0.1kg、电阻r=0.1q的金属杆，导轨电阻nj忽略不计，整个装置处丁磁感强度b = 0.4t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，使英由静止开始运动，理想电压表的示数u随时间/ 变化的关系如图(b)所示.试分析与求:(1) 分析证明金属杆做匀加速肓线运动;(2) 求金属杆运动的加速度；(3) 写出外力f随时

6、间变化的表达式；(4) 求第2.5s末外力f的瞬时功率.【磁场中电量、能量变化范围】例1.-对足够长、电阻不计的平行金属导轨水平放置，具间距厶=0.4 m,左端接一电阻r=1.5q,质量为0.2 kg的导 体棒ab垂肓地放置于导轨上，与导轨接触良好。已知棒与导轨之间的动摩擦因数为0.5,棒的电阻为0.5q,整个装 置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中。现用一水平向右的外力f拉棒，使棒由静止开始向右做匀加速直线运动, 如图所示。用力传感器测得力f随时间变化的情况见右表。（1）试山表中数据写出外力f随时间/变化的数学函数式。（2）求导体棒的加速度大小和匀强磁场的磁感应强度人小。（3）某同学估算出导

7、体棒运动的最初6s内整个装置产生的热量可以人于150j,试通过计算判断该同学的说法是否正 确。mxxxxxrxxx1xxxxxfd甲q机n)0.4-0.211 11ai012 345 6乙【变式训练1】如图甲所示，mn. p0为水平放迸的足够长的平行光滑导轨，导轨 间距厶为0.5m,导轨左端连接一个2q的电阻凡 将一根质量加为0.4 kg的金属棒 cd垂道地放置导轨上，且与导轨接触良妬 金属棒的电阻厂大小为0.5q,导轨的 电阻不计，整个装置放在磁感强度3为1t的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平 血向下，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.当棒的 速度达到1 m/s时，拉

8、力的功率为0.4w,此刻/=0开始计时并保持拉力的功率恒定, 经一段时间金属棒达到稳定速度，在该段时间内电流通过电阻人做的功为1.2j.试 求：（1）金属棒的稳定速度；（2）金属棒从开始计时直至达到稳定速度所需的时间；（3）在乙图中画出金属棒所受拉力f随时间/变化的人致图象；（4）从开始计时肓至达到稳定速度过程屮，金属棒的最人加速度为多人？并证明 流过金属棒的最大电量不会超过2.0c.【变式训练2】如图所示，伽、pq为水平放置的足够长的平行光滑导电导轨，间距厶为0.5m,导轨左端连接一个2q的电阻r,将一根质量为0.2kg的金属棒cd垂直地放在导轨上，且与导轨接触良好，金属棒的电阻厂大小为1q

9、,导 轨的电阻不计，整个装置放在磁感应强度为1t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。当棒的速度达到3m/s后保持拉力的功率恒为3w,从此时开始计时，即 此时/=0,己知从此时直至金属棒达到稳定速度的过程屮电流通过电阻r做的功为2.2j。试解答以下问题：（1）金属棒达到的稳定速度是多少？（2）金属棒从/=0开始直至达到稳定速度所需的时间是多少？（3）试估算金属棒从/=0开始直至达到稳定速度的过程小通过电阻的电虽大约在什么数值范围内？mts-vsx<xxbrf冥<xxxp do【磁场中电路问题】例如图所示，水平面上有两电

10、阻不计的光滑金属导轨平行固定放置，间距d为0.5 m,左端通过导线与阻值为2 g的 电阻r连接，右端通过导线与阻值为4g的小灯泡l连接，在cdef矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，ce长为2 m, cdef区域内磁场的磁感应强度b随时间变化如图所示，在/=0时，一阻值为2。的金属棒在恒力f作用下由静止开 始从ab位直沿导轨向右运动，当金属棒从ab位迸运动到ef位迸过程屮，小灯泡的亮度没有发牛变化，求：a ce1厂il b df（1）通过小灯泡的电流强度。（2）恒力尸的人小。（3）金属棒的质量。【变式训练】如图所示，两根足够长的平行光滑金属导轨被固定在水平面上，两者间的距离z=0.6/w,两者的电

11、阻均不 计。两导轨的左端用导线连接电阻心及与r、并联的电压表，右端用导线连接电阻&，已知 22 q , r2= q o在cdef矩形区域内有竖肓向上的匀强磁场，磁场区域远离&、&, ce的长度cm）.2m, cdef区域内磁场的磁 感应强度随时间的变化如b7图所示。电阻尸2 q的金属棒l垂肓于导轨放置在离r较近的ab处，/=0时金属 棒在沿导轨水平向右的恒力f作用下由静止开始运动，当金属棒运动到尚离磁场边界cd较远的某一位置时，电 压表示数变为零：当金加棒刚进入磁场区域，电压表的示数又变为原来的值，直到金属棒运动到ef处电压表的 示数始终保持不变。求：（1）r=o.ls时电压表的示数。（2）怛力f的人小。（3）金属棒从ab运动到ef的过程中整个电路产生的热虽。【磁场双电动势问题】如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为ro=o.loq/m,导轨的端点p、0用电 阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离/=