三年高考(2017-2019)高考物理真題分項匯編 專題12 電磁感應(yīng)(含解析)

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1、專題12 電磁感應(yīng) 1.(2019·新課標(biāo)全國Ⅰ卷)空間存在一方向與直面垂直、大小隨時間變化的勻強磁場,其邊界如圖(a)中虛線MN所示,一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為ρ、橫截面積為S,將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi),圓心O在MN上。t=0時磁感應(yīng)強度的方向如圖(a)所示。磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系如圖(b)所示,則在t=0到t=t1的時間間隔內(nèi) A.圓環(huán)所受安培力的方向始終不變 B.圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時針方向 C.圓環(huán)中的感應(yīng)電流大小為 D.圓環(huán)中的感應(yīng)電動勢大小為 【答案】BC 【解析】AB、根據(jù)B-t圖象,由楞次定律可知,線圈中感應(yīng)電流方向一直為順時針,但在t

2、0時刻,磁場的方向發(fā)生變化,故安培力方向的方向在t0時刻發(fā)生變化,則A錯誤,B正確; CD、由閉合電路歐姆定律得:,又根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得:,又根據(jù)電阻定律得:,聯(lián)立得:,則C正確,D錯誤。故本題選BC。 2.(2019·新課標(biāo)全國Ⅱ卷)如圖,兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定,所在平面與水平面夾角為θ,導(dǎo)軌電阻忽略不計。虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直,在ab與cd之間的區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強磁場。將兩根相同的導(dǎo)體棒PQ、MN先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放,兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。已知PQ進入磁場時加速度變小恰好為零,從PQ進入磁場開始計時,到MN離開磁場區(qū)域為止,流過PQ的電流隨時

3、間變化的圖像可能正確的是 【答案】AD 【解析】于PQ進入磁場時加速度為零,AB.若PQ出磁場時MN仍然沒有進入磁場,則PQ出磁場后至MN進入磁場的這段時間,由于磁通量φ不變,無感應(yīng)電流。由于PQ、MN同一位置釋放,故MN進入磁場時與PQ進入磁場時的速度相同,所以電流大小也應(yīng)該相同,A正確B錯誤;CD.若PQ出磁場前MN已經(jīng)進入磁場,由于磁通量φ不變,PQ、MN均加速運動,PQ出磁場后,MN由于加速故電流比PQ進入磁場時電流大,故C正確D錯誤。 3.(2019·新課標(biāo)全國Ⅲ卷)楞次定律是下列哪個定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)? A.電阻定律 B.庫侖定律 C.歐姆定律 D

4、.能量守恒定律 【答案】D 【解析】楞次定律指感應(yīng)電流的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的原磁場的磁通量的變化,這種阻礙作用做功將其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電流的電能,所以楞次定律的阻礙過程實質(zhì)上就是能量轉(zhuǎn)化的過程。 4.(2019·新課標(biāo)全國Ⅲ卷)如圖,方向豎直向下的勻強磁場中有兩根位于同一水平面內(nèi)的足夠長的平行金屬導(dǎo)軌,兩相同的光滑導(dǎo)體棒ab、cd靜止在導(dǎo)軌上。t=0時,棒ab以初速度v0向右滑動。運動過程中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直并接觸良好,兩者速度分別用v1、v2表示,回路中的電流用I表示。下列圖像中可能正確的是 【答案】AC 【解析】ab棒向右運動,切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流,則受到向左

5、的安培力,從而向左做減速運動,;金屬棒cd受向右的安培力作用而做加速運動,隨著兩棒的速度差的減小安培力減小,加速度減小,當(dāng)兩棒速度相等時,感應(yīng)電流為零,最終兩棒共速,一起做勻速運動,故最終電路中電流為0,故AC正確,BD錯誤。 5.(2019·天津卷)單匝閉合矩形線框電阻為,在勻強磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線框的磁通量與時間的關(guān)系圖像如圖所示。下列說法正確的是 A.時刻線框平面與中性面垂直 B.線框的感應(yīng)電動勢有效值為 C.線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為 D.從到過程中線框的平均感應(yīng)電動勢為 【答案】BC 【解析】由圖像可知時刻線圈的磁通量最大,因此此時線圈處于中性

6、面位置,因此A錯誤;由圖可知交流電的周期為T,則,由交流電的電動勢的最大值為,則有效值為,故B正確,線圈轉(zhuǎn)一周所做的功為轉(zhuǎn)動一周的發(fā)熱量,,故C正確;從0時刻到時刻的平均感應(yīng)電動勢為,故D錯誤。 6.(2018·全國II卷)如圖,在同一平面內(nèi)有兩根平行長導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強磁場區(qū)域,區(qū)域?qū)挾染鶠閘,磁感應(yīng)強度大小相等、方向交替向上向下。一邊長為的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運動,線框中感應(yīng)電流i隨時間t變化的正確圖線可能是 A. B. C. D. 【答案】D 【解析】找到線框在移動過程中誰切割磁感線,并根據(jù)右手定則判斷電流的方向,從而判斷整個回路中總電流的方向。要

7、分過程處理本題。 第一過程從①移動②的過程中 左邊導(dǎo)體棒切割產(chǎn)生的電流方向是順時針,右邊切割磁感線產(chǎn)生的電流方向也是順時針,兩根棒切割產(chǎn)生電動勢方向相同所以,則電流為,電流恒定且方向為順時針,再從②移動到③的過程中左右兩根棒切割磁感線產(chǎn)生的電流大小相等,方向相反,所以回路中電流表現(xiàn)為零, 然后從③到④的過程中,左邊切割產(chǎn)生的電流方向逆時針,而右邊切割產(chǎn)生的電流方向也是逆時針,所以電流的大小為,方向是逆時針 當(dāng)線框再向左運動時,左邊切割產(chǎn)生的電流方向順時針,右邊切割產(chǎn)生的電流方向是逆時針,此時回路中電流表現(xiàn)為零,故線圈在運動過程中電流是周期性變化,故D正確。 7.(2018

8、·新課標(biāo)I卷)如圖,導(dǎo)體軌道OPQS固定,其中PQS是半圓弧,Q為半圓弧的中心,O為圓心。軌道的電阻忽略不計。OM是有一定電阻??衫@O轉(zhuǎn)動的金屬桿。M端位于PQS上,OM與軌道接觸良好??臻g存在半圓所在平面垂直的勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小為B,現(xiàn)使OQ位置以恒定的角速度逆時針轉(zhuǎn)到OS位置并固定(過程Ⅰ);再使磁感應(yīng)強度的大小以一定的變化率從B增加到B'(過程Ⅱ)。在過程Ⅰ、Ⅱ中,流過OM的電荷量相等,則等于 A. B. C. D.2 【答案】B 【解析】過程I回路中磁通量變化ΔΦ1=BπR2,設(shè)OM的電阻為R,流過OM的電荷量Q1=ΔΦ1/R。過程II回路中磁通量變化ΔΦ2=(B’–

9、B)πR2,流過OM的電荷量Q2=ΔΦ2/R。Q2=Q1,聯(lián)立解得:B’/B=3/2,選項B正確。 【點睛】此題將導(dǎo)體轉(zhuǎn)動切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和磁場變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢有機融合,經(jīng)典中創(chuàng)新。 8.(2018·江蘇卷)如圖所示,豎直放置的形光滑導(dǎo)軌寬為L,矩形勻強磁場Ⅰ、Ⅱ的高和間距均為d,磁感應(yīng)強度為B。質(zhì)量為m的水平金屬桿由靜止釋放,進入磁場Ⅰ和Ⅱ時的速度相等。金屬桿在導(dǎo)軌間的電阻為R,與導(dǎo)軌接觸良好,其余電阻不計,重力加速度為g。金屬桿 A.剛進入磁場Ⅰ時加速度方向豎直向下 B.穿過磁場Ⅰ的時間大于在兩磁場之間的運動時間 C.穿過兩磁場產(chǎn)生的總熱量為4mgd D.釋放時距

10、磁場Ⅰ上邊界的高度h可能小于 【答案】BC 【解析】本題考查電磁感應(yīng)的應(yīng)用,意在考查考生綜合分析問題的能力。由于金屬棒進入兩個磁場的速度相等,而穿出磁場后金屬桿做加速度為g的加速運動,所以金屬感進入磁場時應(yīng)做減速運動,選項A錯誤;對金屬桿受力分析,根據(jù)可知,金屬桿做加速度減小的減速運動,其進出磁場的v–t圖象如圖所示,由于0~t1和t1~t2圖線與t軸包圍的面積相等(都為d),所以t1>(t2–t1),選項B正確;從進入Ⅰ磁場到進入Ⅱ磁場之前過程中,根據(jù)能量守恒,金屬棒減小的機械能全部轉(zhuǎn)化為焦耳熱,所以Q1=mg.2d,所以穿過兩個磁場過程中產(chǎn)生的熱量為4mgd,選項C正確;若金屬桿進入磁

11、場做勻速運動,則,得,有前面分析可知金屬桿進入磁場的速度大于,根據(jù)得金屬桿進入磁場的高度應(yīng)大于,選項D錯誤。 點睛:本題以金屬桿在兩個間隔磁場中運動時間相等為背景,考查電磁感應(yīng)的應(yīng)用,解題的突破點是金屬棒進入磁場Ⅰ和Ⅱ時的速度相等,而金屬棒在兩磁場間運動時只受重力是勻加速運動,所以金屬棒進入磁場時必做減速運動。 9.(2018·全國III卷)如圖(a),在同一平面內(nèi)固定有一長直導(dǎo)線PQ和一導(dǎo)線框R,R在PQ的右側(cè)。導(dǎo)線PQ中通有正弦交流電流i,i的變化如圖(b)所示,規(guī)定從Q到P為電流的正方向。導(dǎo)線框R中的感應(yīng)電動勢 A.在時為零 B.在時改變方向 C.在時最大,且沿順時針方

12、向 D.在時最大,且沿順時針方向 【答案】AC 【解析】由圖(b)可知,導(dǎo)線PQ中電流在t=T/4時達(dá)到最大值,變化率為零,導(dǎo)線框R中磁通量變化率為零,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,在t=T/4時導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零,選項A正確;在t=T/2時,導(dǎo)線PQ中電流圖象斜率方向不變,導(dǎo)致導(dǎo)線框R中磁通量變化率的正負(fù)不變,根據(jù)楞次定律,所以在t=T/2時,導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向不變,選項B錯誤;由于在t=T/2時,導(dǎo)線PQ中電流圖象斜率最大,電流變化率最大,導(dǎo)致導(dǎo)線框R中磁通量變化率最大,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,在t=T/2時導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,由楞次定律可判斷出感應(yīng)電動勢的方

13、向為順時針方向,選項C正確;由楞次定律可判斷出在t=T時感應(yīng)電動勢的方向為逆時針方向,選項D錯誤。 點睛 此題以交變電流圖象給出解題信息,考查電磁感應(yīng)及其相關(guān)知識點。解答此題常見錯誤主要有四方面:一是由于題目以交變電流圖象給出解題信息,導(dǎo)致一些同學(xué)看到題后,不知如何入手;二是不能正確運用法拉第電磁感應(yīng)定律分析判斷;三是不能正確運用楞次定律分析判斷,陷入誤區(qū)。 10.(2018·新課標(biāo)I卷)如圖,兩個線圈繞在同一根鐵芯上,其中一線圈通過開關(guān)與電源連接,另一線圈與遠(yuǎn)處沿南北方向水平放置在紙面內(nèi)的直導(dǎo)線連接成回路。將一小磁針懸掛在直導(dǎo)線正上方,開關(guān)未閉合時小磁針處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是

14、 A.開關(guān)閉合后的瞬間,小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉(zhuǎn)動 B.開關(guān)閉合并保持一段時間后,小磁針的N極指向垂直紙面向里的方向 C.開關(guān)閉合并保持一段時間后,小磁針的N極指向垂直紙面向外的方向 D.開關(guān)閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間,小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉(zhuǎn)動 【答案】AD 【解析】開關(guān)閉合的瞬間,左側(cè)的線圈中磁通量變化,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,由楞次定律可判斷出直導(dǎo)線中電流方向為由南向北,由安培定則可判斷出小磁針處的磁場方向垂直紙面向里,小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉(zhuǎn)動,選項A正確;開關(guān)閉合并保持一段時間后,左側(cè)線圈中磁通量不變,線圈中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流為零

15、,直導(dǎo)線中電流為零,小磁針恢復(fù)到原來狀態(tài),選項BC錯誤;開關(guān)閉合并保持一段時間后再斷開后的瞬間,左側(cè)的線圈中磁通量變化,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流,由楞次定律可判斷出直導(dǎo)線中電流方向為由北向南,由安培定則可判斷出小磁針處的磁場方向垂直紙面向外,小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉(zhuǎn)動,選項D正確。 【點睛】此題中套在一根鐵芯上的兩個線圈,實際上構(gòu)成一個變壓器。 11.(2017·新課標(biāo)Ⅰ卷)掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動,在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板,并施加磁場來快速衰減其微小振動,如圖所示。無擾動時,按下列四種方案

16、對紫銅薄板施加恒磁場;出現(xiàn)擾動后,對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是 【答案】A 【解析】感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)上變化。在A圖中系統(tǒng)振動時在磁場中的部分有時多有時少,磁通量發(fā)生變化,產(chǎn)生感應(yīng)電流,受到安培力,阻礙系統(tǒng)的振動,故A正確;而BCD三個圖均無此現(xiàn)象,故錯誤。 【名師點睛】本題不要被題目的情景所干擾,抓住考查的基本規(guī)律,即產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件,有感應(yīng)電流產(chǎn)生,才會產(chǎn)生阻尼阻礙振動。 12.(2017·新課標(biāo)Ⅲ卷)如圖,在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面與磁場垂直。金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS,一圓環(huán)

17、形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi),線框與導(dǎo)軌共面?,F(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動,在運動開始的瞬間,關(guān)于感應(yīng)電流的方向,下列說法正確的是 A.PQRS中沿順時針方向,T中沿逆時針方向 B.PQRS中沿順時針方向,T中沿順時針方向 C.PQRS中沿逆時針方向,T中沿逆時針方向 D.PQRS中沿逆時針方向,T中沿順時針方向 【答案】D 【解析】因為PQ突然向右運動,由右手定則可知,PQRS中有沿逆時針方向的感應(yīng)電流,穿過T中的磁通量減小,由楞次定律可知,T中有沿順時針方向的感應(yīng)電流,D正確,ABC錯誤。 【名師點睛】解題關(guān)鍵是掌握右手定則、楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向,還要理解PQRS

18、中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場會使T中的磁通量變化,又會使T中產(chǎn)生感應(yīng)電流。 13.(2017·天津卷)如圖所示,兩根平行金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi),導(dǎo)軌之間接有電阻R。金屬棒ab與兩導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,整個裝置放在勻強磁場中,磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向下?,F(xiàn)使磁感應(yīng)強度隨時間均勻減小,ab始終保持靜止,下列說法正確的是 A.a(chǎn)b中的感應(yīng)電流方向由b到a B.a(chǎn)b中的感應(yīng)電流逐漸減小 C.a(chǎn)b所受的安培力保持不變 D.a(chǎn)b所受的靜摩擦力逐漸減小 【答案】D 【解析】導(dǎo)體棒ab、電阻R、導(dǎo)軌構(gòu)成閉合回路,磁感應(yīng)強度均勻減?。橐欢ㄖ担?,則閉合回路中的磁通量減小,根據(jù)楞次定律,可知回路中產(chǎn)生順

19、時針方向的感應(yīng)電流,ab中的電流方向由a到b,故A 錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動勢,回路面積S不變,即感應(yīng)電動勢為定值,根據(jù)歐姆定律,所以ab中的電流大小不變,故B錯誤;安培力,電流大小不變,磁感應(yīng)強度減小,則安培力減小,故C錯誤;導(dǎo)體棒處于靜止?fàn)顟B(tài),所受合力為零,對其受力分析,水平方向靜摩擦力f與安培力F等大反向,安培力減小,則靜摩擦力減小,故D正確。 【名師點睛】本題應(yīng)從電磁感應(yīng)現(xiàn)象入手,熟練應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律。 14.(2017·新課標(biāo)Ⅱ卷)兩條平行虛線間存在一勻強磁場,磁感應(yīng)強度方向與紙面垂直。邊長為0.1 m、總電阻為0.005 Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位

20、于紙面內(nèi),cd邊與磁場邊界平行,如圖(a)所示。已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運動,cd邊于t=0時刻進入磁場。線框中感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感應(yīng)電流的方向為順時針時,感應(yīng)電動勢取正)。下列說法正確的是 A.磁感應(yīng)強度的大小為0.5 T B.導(dǎo)線框運動速度的大小為0.5 m/s C.磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外 D.在t=0.4 s至t=0.6 s這段時間內(nèi),導(dǎo)線框所受的安培力大小為0.1 N 【答案】BC 【解析】由E–t圖象可知,線框經(jīng)過0.2 s全部進入磁場,則速度,選項B正確;E=0.01 V,根據(jù)E=BLv可知,B=0.2 T,選項A錯誤;根據(jù)楞次定

21、律可知,磁感應(yīng)強度的方向垂直于紙面向外,選項C正確;在t=0.4 s至t=0.6 s這段時間內(nèi),導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流,所受的安培力大小為F=BIL=0.04 N,選項D錯誤;故選BC。 【名師點睛】此題是關(guān)于線圈過磁場的問題;關(guān)鍵是能通過給出的E–t圖象中獲取信息,得到線圈在磁場中的運動情況,結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律及楞次定律進行解答。此題意在考查學(xué)生基本規(guī)律的運用能力以及從圖象中獲取信息的能力。 15.(2017·北京卷)圖1和圖2是教材中演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖,L1和L2為電感線圈。實驗時,斷開開關(guān)S1瞬間,燈A1突然閃亮,隨后逐漸變暗;閉合開關(guān)S2,燈A2逐漸變亮,而另一個相同的燈A3

22、立即變亮,最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是 A.圖1中,A1與L1的電阻值相同 B.圖1中,閉合S1,電路穩(wěn)定后,A1中電流大于L1中電流 C.圖2中,變阻器R與L2的電阻值相同 D.圖2中,閉合S2瞬間,L2中電流與變阻器R中電流相等 【答案】C 【解析】斷開開關(guān)S1瞬間,燈A1突然閃亮,由于線圈L1的自感,通過L1的電流逐漸減小,且通過A1,即自感電流會大于原來通過A1的電流,說明閉合S1,電路穩(wěn)定時,通過A1的電流小于通過L1的電流,L1的電阻小于A1的電阻,AB錯誤;閉合S2,電路穩(wěn)定時,A2與A3的亮度相同,說明兩支路的電流相同,因此變阻器R與L2的電阻值相

23、同,C正確;閉合開關(guān)S2,A2逐漸變亮,而A3立即變亮,說明L2中電流與變阻器R中電流不相等,D錯誤。 【名師點睛】線圈在電路中發(fā)生自感現(xiàn)象,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流要“阻礙”使原磁場變化的電流變化情況。電流突然增大時,會感應(yīng)出逐漸減小的反向電流,使電流逐漸增大;電流突然減小時,會感應(yīng)出逐漸減小的正向電流,使電流逐漸減小。 16.(2017·江蘇卷)如圖所示,兩條相距d的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi),其右端接一阻值為R的電阻.質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導(dǎo)軌上,其左側(cè)的矩形勻強磁場區(qū)域MNPQ的磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向下.當(dāng)該磁場區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后,金屬桿的速度變?yōu)関.

24、導(dǎo)軌和金屬桿的電阻不計,導(dǎo)軌光滑且足夠長,桿在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸.求: (1)MN剛掃過金屬桿時,桿中感應(yīng)電流的大小l; (2)MN剛掃過金屬桿時,桿的加速度大小a; (3)PQ剛要離開金屬桿時,感應(yīng)電流的功率P. 【答案】(1) (2) (3) 【解析】(1)感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電流 解得 (2)安培力 牛頓第二定律 解得 (3)金屬桿切割磁感線的速度,則 感應(yīng)電動勢 電功率 解得 【名師點睛】本題的關(guān)鍵在于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生電動勢E=Blv,切割的速度(v)是導(dǎo)體與磁場的相對速度,分析這類問題,通常是先電后力

25、,再功能. 17.(2017·北京卷)發(fā)電機和電動機具有裝置上的類似性,源于它們機理上的類似性。直流發(fā)電機和直流電動機的工作原理可以簡化為如圖1、圖2所示的情景。 在豎直向下的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,兩根光滑平行金屬軌道MN、PQ固定在水平面內(nèi),相距為L,電阻不計。電阻為R的金屬導(dǎo)體棒ab垂直于MN、PQ放在軌道上,與軌道接觸良好,以速度v(v平行于MN)向右做勻速運動。 圖1軌道端點MP間接有阻值為r的電阻,導(dǎo)體棒ab受到水平向右的外力作用。圖2軌道端點MP間接有直流電源,導(dǎo)體棒ab通過滑輪勻速提升重物,電路中的電流為I。 (1)求在Δt時間內(nèi),圖1“發(fā)電機”產(chǎn)生的電能和圖2

26、“電動機”輸出的機械能。 (2)從微觀角度看,導(dǎo)體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力在上述能量轉(zhuǎn)化中起著重要作用。為了方便,可認(rèn)為導(dǎo)體棒中的自由電荷為正電荷。 a.請在圖3(圖1的導(dǎo)體棒ab)、圖4(圖2的導(dǎo)體棒ab)中,分別畫出自由電荷所受洛倫茲力的示意圖。 b.我們知道,洛倫茲力對運動電荷不做功。那么,導(dǎo)體棒ab中的自由電荷所受洛倫茲力是如何在能量轉(zhuǎn)化過程中起到作用的呢?請以圖2“電動機”為例,通過計算分析說明。 【答案】(1) (2)a.如圖3、圖4 b.見解析 【解析】(1)圖1中,電路中的電流 棒ab受到的安培力F1=BI1L 在Δt時間內(nèi),“發(fā)電機”產(chǎn)生的

27、電能等于棒ab克服安培力做的功 圖2中,棒ab受到的安培力F2=BIL 在Δt時間內(nèi),“電動機”輸出的機械能等于安培力對棒ab做的功 (2)a.圖3中,棒ab向右運動,由左手定則可知其中的正電荷受到b→a方向的洛倫茲力,在該洛倫茲力作用下,正電荷沿導(dǎo)體棒運動形成感應(yīng)電流,有沿b→a方向的分速度,受到向左的洛倫茲力作用;圖4中,在電源形成的電場作用下,棒ab中的正電荷沿a→b方向運動,受到向右的洛倫茲力作用,該洛倫茲力使導(dǎo)體棒向右運動,正電荷具有向右的分速度,又受到沿b→a方向的洛倫茲力作用。如圖3、圖4。 b.設(shè)自由電荷的電荷量為q,沿導(dǎo)體棒定向移動的速率為u。 如圖4所示,沿棒方向的洛倫茲力,做負(fù)功 垂直棒方向的洛倫茲力,做正功 所示,即導(dǎo)體棒中一個自由電荷所受的洛倫茲力做功為零。 做負(fù)功,阻礙自由電荷的定向移動,宏觀上表現(xiàn)為“反電動勢”,消耗電源的電能;做正功,宏觀上表現(xiàn)為安培力做正功,使機械能增加。大量自由電荷所受洛倫茲力做功的宏觀表現(xiàn)是將電能轉(zhuǎn)化為等量的機械能,在此過程中洛倫茲力通過兩個分力做功起到“傳遞能量的作用。 【名師點睛】洛倫茲力永不做功,本題看似洛倫茲力做功,實則將兩個方向的分運動結(jié)合起來,所做正、負(fù)功和為零。 14

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