专题八电磁感应现象中能量问题

《专题八电磁感应现象中能量问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《专题八电磁感应现象中能量问题（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、专题八电磁感应现象中的能量问题【考纲要求】 内 容 说 明 56.电磁感应现象 57.感应电流的产生条件 58.法拉弟电磁感应定律 楞次定律 限于导线方向与磁场方向、运动方向垂直的情况有关反电动势的计算不作要求 59.互感 自感 涡流 60.交变电流 描述交变电流的物理量和图像 相位的概念不作要求 61.正弦交变电流的函数表达式 62.电感和电容对交变电流的影响 63.变压器 64.电能的输送 【重点知识梳理】 1、电磁感应现象 2、感应电流的产生条件 3、法拉弟电磁感应定律内容及公式感生电动势和动生电动势 4、楞次定律的内容及应用右手定则 5、互感现象、自感现象和涡流自感系数的决定因素及单位

2、 6、正弦交变电流的产生及函数表达式 7、交变电流的周期和频率、峰值和有效值 8、电感和电容对交变电流的影响 9、变压器原理、电压与匝数的关系互感器 10、电能的输送的功率损失和电压损失 【分类典型例题】 题型一用能量的观点解决电磁感应综合问题 例1如图所示电动机牵引一根原来静止的、长L为1m、质量m为0.1kg的导体棒MN上升导体棒的电阻R为1架在竖直放置的框架上它们处于磁感应强度B为1T的匀强磁场中磁场方向与框架平面垂直。当导体棒上升h3.8m时获得稳定的速度导体棒上产生的热量为2J电动机牵引棒时电压表、电流表的读数分别为7V、1A电动机内阻r为1不计框架电阻及一切摩擦求 1棒能达到的稳定

3、速度 2棒从静止至达到稳定速度所需要的时间。 解析1电动机的输出功率为62rIIUP出W 电动机的输出功率就是电动机牵引棒的拉力的功率 FvP出 当棒达稳定速度时LIBmgF 感应电流RBLvREI 解得棒达到的稳定速度为2vm/s 2由能量守恒定律得QmvmghtP221出解得 t1s 变式训练1图中MN和PQ为竖直方向的两平行长直金属导轨间距l为040m电阻不计导轨所在平面与磁感应强度B为050T的匀强磁场垂直质量m为6010-3kg电阻为10的金属杆ab始终垂直于导轨并与其保持光滑接触导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为30的电阻R1当杆ab达到稳定状态时以速率v匀速下滑整个电路消耗的电功

4、率P为027W重力加速度取10m/s2试求速率v和滑动变阻器接入电路部分的阻值R2 题型二交变电流有效值综合问题 例2如图所示ab25cmad20cm匝数为50匝的矩形线圈线圈总电阻 r1 外电路电阻R 9磁感应强度B04T线圈绕垂直于磁感线的OO 轴以角速度50rad/s匀速转动求 1从此位置开始计时它的感应电动势的瞬时值表达式 21min内R上消耗的电能 3当从该位置转过030时通过R上瞬时电功率是多少 4线圈由如图位置转过030的过程中R的电量为多少 解析1感应电动势的瞬时值表达式为ttSnBe50cos50cosV 2电动势有效值为VE225电流ArREI25.2 1min内R上消耗的

5、电能为JRtIW67502 3从该位置转过030时电动势为e50cos30 253V 电流为I rRe253A 通过R上瞬时电功率为P I2R 16875w 4 线圈由如图位置转过030的过程中BSsin30 001wb 通过R的电量为 Q rRN510-2C 变式训练2如图所示一个半径为r的半圆形线圈以直径ab为轴匀速转动转速为nab的左侧有垂直纸面向里与ab垂直的匀强磁场磁感应强度为BM和N是两个集流环负载电阻为R线圈、电流表和连接导线的电阻不计求 1从图示位置起转过1/4周期内负载电阻R上产生的热量 2从图示位置起转过1/4周期内负载电阻R的电荷量 3电流表的示数 题型三感生电动势与动生

6、电动势综合问题 例3如图所示足够长的的两光滑导轨水平放置两条导轨相距为d左端MN用阻值不计的导线相连金属棒ab可在导轨上滑动导轨单位长度的电阻为r0金属棒ab的电阻不计。整个装置M N a b v B 处于竖直身下的匀强磁场中磁场的磁感应随时间均匀增加Bkt其中k为常数。金属棒ab在水平外力的作用下以速度v沿导轨向右做匀速运动t0时金属棒ab与MN相距非常近。求当tt0时 1水平外力的大小F2闭合回路消耗的功率。 解析1闭合回路产生的感应电动势为tvdktvdttktE2020 当t0时02kvdtE安培力0022rtdkF。 2由BldF得BdFI回路消耗电能的功率为002222rvtdkR

7、IP。 变式训练3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0.1。导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连两导轨间的距离为0.2m。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面已知磁感应强度B与时间t的关系为B0.02t。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动在滑动过程中保持与导轨垂直在t0时刻金属杆紧靠在P、Q端在外力作用下杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动求在t0.6s时金属杆所受的安培力。 题型四远距离输电的能量损失问题 例4发电厂的输出电压为220V输出功率为44KW每条输电线电阻为0.2 求用户得到的电压和电功率各是多少如果发电站先用变压比为110的升压变压器将电压

8、升高经同样输电线路后再经过101的降压变压器降压后供给用户则用户得到的电压和电功率又各是多少 解析1输电线上的电流为AUPI200 输电线上损失的功率为WRIP80002电压损失VIRU40 用户得到的功率为kWPPP36用电压为VUUU180用 2输电电压为VUU2200102输电线上的电流为AUPI20输 输电线上损失的功率为WRIP802电压损失VIRU4 用户得到的功率为WPPP43920用 电压为VUUU6.21910输户 变式训练4一个小型水力发电站发电机输出电压U0250V内电阻可以忽略不计最大输出功率为Pm30kW它通过总电阻R线20的输电线直接向远处的居民区供电。设居民区所有

9、用电器都是额定电压U用220V的白炽灯总功率为P用22kW不计灯丝电阻随温度的变化。 1当居民区的电灯全部使用时电灯两端的电压是多少伏发电机实际输出的电功率多大 2若采用高压输电在发电机端用升压变压器在用户端用降压变压器且不计变压器和用户线路的损耗。已知用户变压器的降压比为401当全部用户电灯正常发光时输电P Q 线上损耗的功率多大 【能力训练】 1如图所示用粗细相同的铜丝做成边长分别为L和2L的两只闭 合线框a和b以相同的速度从磁感应强度为B的匀强磁场区域 中匀速地拉到磁场外不考虑线框的动能若外力对环做的功分 别为WaWb则WaWb为 A14 B12 C11 D不能确定 2超导磁悬浮列车是利

10、用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起 同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具其推进原理可以简化为如图所示的模型在水平面上相距L的两根平行直导轨间有竖直方向等距离分布的匀强磁场B1和B2且B1B2B每个磁场的宽都是l相间排列所有这些磁场都以速度v向右匀速运动这时跨在两导轨间的长为L宽为l的金属框abcd悬浮在导轨上方在磁场力作用下也将会向右运动设金属框的总电阻为R运动中所受到的阻力恒为f则金属框的最大速度可表示为 Avm B2L2vfR/B2L2 Bvm 2B2L2vfR/2B2L2 Cvm 4B2L2vfR/4B2L2 Dvm 2B2L2vfR/2B2L2 3如图甲所示边长为

11、10 cm 的正方形金属线框处在磁感应强度 B1. 0T 的有界匀强磁场中 bc边平行于磁场边界现用外力将线框向右匀速拉出磁场已知在线框拉出磁场区域的过程中 ab 边受到的磁场力 F 随时间 t 变化的关系如图乙所示以 bc边恰好离开磁场的时刻为计时起点即此时t 0 求 l 将金属框拉出的过程中线框产生的热 量 Q . 2 线框的电阻R 4如图所示I、III为两匀强磁场区I区域的磁场方向垂直纸 面向里III区域的磁场方向垂直纸面向外磁感强度均为B 两区域中间为宽S的无磁场区II有边长为LLS电阻为 R的正方形金属框abcd置于I区域ab边与磁场边界平行 现拉着金属框以速度v向右匀速移动试求 1

12、当ab边刚进入中央无磁场区II时通过ab的电流的大小和方向 2当ab边刚进入磁场区III时通过ab的电流的大小和方向 3把金属框从I区域图示位置完全拉入III区域过程中拉力所做的功 5如图所示边长L2.5m、质量m0.50kg的正方形金属线框放在磁感应强度B0.80T的匀强磁场中它的一边与磁场的边界MN重合在力F作用下由静止开始向左运动在5.0s内从磁场中拉出测得金属线框中的电流随时间变化的图象如下图所示已知金属线框的总电阻R4.0 1试判断金属线框从磁场中拉出的过程中线框中的感应电流方向并在图中标出 2t2.0s时金属线框的速度和力F的大小 3已知在5.0s内力F做功1.92J那么金属线框从

13、磁场拉出的过程中线框中产生的焦耳热是多少 6如图光滑斜面的倾角30在斜面上放置一矩形线框abcdab边的边长l11mbc边的边l206m线框的质量m1kg电阻R01线框通过细线与重物相连重物质量M2kg斜面上ef线efgh的右方有垂直斜面向上的匀强磁场磁感应强度05T如果线框从静止开始运动进入磁场最初一段时间是匀速的ef线和gh线的距离s114m取g10m/s2求 线框进入磁场时匀速运动的速度v ab边由静止开始运动到gh线所用的时间t t时间内产生的焦耳热 7如图所示磁场的方向垂直于xOy平面向里磁感应强度B沿y方向没有变化沿x方向均匀增加每经过1 cm增加量为1010-4 T即xB1010

14、-4 T/cm有一个长L20 cm宽h10 cm的不变形的矩形金属线圈以 v20 cm/s的速度沿x方向运动求 1如果线圈电阻R002 线圈消耗的电功率是多少 2为保持线圈匀速运动需要多大外力机械功率是多少 8如图所示间距为L的光滑平行金属导轨水平放置在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中一端接阻值为R的电阻一电阻为r、质量为m的导体棒放置在导轨上在外力F的作用下从t0时刻开始运动其速度随时间变化规律是vvmsint不计电动轨电阻求 1从t0到t2/时间内电阻R上产生的热量 2 从t0到t/2时间内外力F所做的功 9一小型水力发电站水流量为2m3/s落差为5m发电机的总效率为50输出电压为24

15、0V输电线总电阻为30为了使输电线损耗功率为发电机输出功率的6需要安装升压变压器用户需要电压为220V所以到用户需要装降压变压器试求 1升压变压器的原副线圈的匝数之比 2降压变压器原副线圈匝数之比 3能使多少盏“220V110W”的电灯正常发光 专题八参考答案: 变式训练1 v45m/s 、2R60 变式训练2 1RnrBQ8424 2RBrq22 3RnBrI222 变式训练3 1.44X10-3N 变式训练4 1131V14881W 212.5W 能力训练 1、A 2、C 3、1 Q2.0103J 2因QI2Rt 所以RQ/I2t1.0 4、1当ab边刚进入中央无磁场区II时cd边切割磁感线电流大小RBLvI1 方向为adcba 2当ab边刚进入磁场区III时ab和cd边都切割磁感线电流大小RBLvI22 方向仍为adcba 3RSLvLBW2422 5、1感应电流沿逆时针方向。 2 FN050. 3QWmvJ1216752. 6、1smv/6 2.5s 9J 7、1P810-8 W 2F外vP机410-7 N、P机P810-8 W 8、12222rRVLRBm 2221mFmVW4222rRVLBm 9、16125 223511 3427