電磁感應(yīng)之電容模型模型1無(wú)外力充電式(電容器+單棒)1 兩條相互平行的光滑水平金屬導(dǎo)軌,電阻不計(jì),勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電容器的電容為C,擊穿電壓足夠大,開(kāi)始時(shí)電容器不帶電。ab長(zhǎng)為L,質(zhì)量為m,電阻為R, 初速度為v0金屬棒運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好。1          請(qǐng)分析電容器的工作狀態(tài),導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況,若導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),求導(dǎo)體棒最終的速度。  2          若電容器儲(chǔ)存的電能滿(mǎn)足 ,忽略電磁輻射損失,求導(dǎo)體棒ab在整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱。 模型2.放電式(電容器+單棒)2  兩條相互平行的光滑水平金屬導(dǎo)軌,電阻不計(jì),勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。棒ab長(zhǎng)為L,質(zhì)量為m,電阻為R靜止在導(dǎo)軌上。電容器的電容為C先給電容器充電,帶電量為Q,再接通電容器與導(dǎo)體棒。金屬棒運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好。請(qǐng)分析電容器的工作狀態(tài),導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況,若導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),求導(dǎo)體棒最終的速度。  模型3.有恒力的充電式電容器例3.   水平金屬導(dǎo)軌光滑,電阻不計(jì),勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。棒ab長(zhǎng)為L(zhǎng),質(zhì)量為m,電阻為R,初速度為零,在恒力F作用下向右運(yùn)動(dòng)。電容器的電容為C,擊穿電壓足夠大,開(kāi)始時(shí)電容器不帶電。請(qǐng)分析導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況。  4.模型遷移:(分析方法完全相同,嘗試分析吧?。?/span>(1)導(dǎo)軌不光滑(2)恒力的提供方式不同,如導(dǎo)軌變成豎直放置或傾斜放置等(3)    電路結(jié)構(gòu)變化   ( 2017年天津卷12題電磁軌道炮利用電流和磁場(chǎng)的作用使炮彈獲得超高速度,其原理可用來(lái)研制新武器和航天運(yùn)載器。電磁軌道炮示意如圖,圖中直流電源電動(dòng)勢(shì)為E,電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l,電阻不計(jì)。炮彈可視為一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN,垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài),并與導(dǎo)軌良好接觸。首先開(kāi)關(guān)S1,使電容器完全充電。然后將S接至2,導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫(huà)出),MN開(kāi)始向右加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩極板間的電壓相等時(shí),回路中電流為零,MN達(dá)到最大速度,之后離開(kāi)導(dǎo)軌。問(wèn):(1)磁場(chǎng)的方向;2MN剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度a的大??;(3MN離開(kāi)導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少。    如圖所示,兩光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為L,直導(dǎo)線(xiàn)MN垂直跨在導(dǎo)軌上,且與導(dǎo)軌接觸良好,整個(gè)裝置處在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。電容器的電容為C,除電阻R外,導(dǎo)軌和導(dǎo)線(xiàn)的電阻均不計(jì)?,F(xiàn)給導(dǎo)線(xiàn)MN一初速度,使導(dǎo)線(xiàn)MN向右運(yùn)動(dòng),當(dāng)電路穩(wěn)定后,MN以速度v向右做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)(       )A.電容器兩端的電壓為零    B.電阻兩端的電壓為BLvC.電容器所帶電荷量為CBLv  D.為保持MN勻速運(yùn)動(dòng),需對(duì)其施加的拉力大小為如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,金屬棒AD長(zhǎng),與框架寬度相同,電阻r=1.3Ω,框架電阻不計(jì),電阻R1=2Ω R2=3Ω當(dāng)金屬棒以5m/s速度勻速向右運(yùn)動(dòng)時(shí),求:1)流過(guò)金屬棒的感應(yīng)電流為多大?(2)若圖中電容器C0.3μF,則電容器中儲(chǔ)存多少電荷量?  如圖所示,水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì),阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌放置,且與導(dǎo)軌接觸良好。導(dǎo)軌所在空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直,t=0時(shí),將開(kāi)關(guān)S由1擲向2,若分別用q、iva表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度大小和加速度大小,則下圖所示的圖像中正確的是(  ) (豎直導(dǎo)軌)如圖所示,兩豎直放置的平行導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),導(dǎo)軌間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,導(dǎo)軌的上端連接一電容值為C的電容。導(dǎo)軌上放有一長(zhǎng)度為L(zhǎng),質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒,導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始下滑,且在下滑過(guò)程中始終保持與導(dǎo)軌垂直并良好接觸(電路中一切電阻均不計(jì))。(1)若t時(shí)刻速度為v,經(jīng)歷極短的時(shí)間Δt后,導(dǎo)體棒速度增加了Δv,則t時(shí)刻通過(guò)導(dǎo)體棒的電流I為多大;(2)求導(dǎo)體棒下滑的加速度;(3)隨導(dǎo)體棒的加速下滑,電容器儲(chǔ)存的電荷量越大,電容器內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)越大,電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能越大,若某時(shí)刻電容器儲(chǔ)存的電荷量的大小為Q,則此時(shí)儲(chǔ)存在電容器中的電場(chǎng)的能量有多大?  平行水平長(zhǎng)直導(dǎo)軌間的距離為L,左端接一耐高壓的電容器C。輕質(zhì)導(dǎo)體桿cd與導(dǎo)軌接觸良好,如圖所示,在水平力F作用下以加速度a從靜止開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)B豎直向下,不計(jì)摩擦與電阻,求:(1)所加水平外力F與時(shí)間t的關(guān)系;(2)在時(shí)間t內(nèi)有多少能量轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能。     變式2.(豎直+電路結(jié)構(gòu)變化)圖中MN和PQ為豎直方向的兩平行足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌,間距為L(zhǎng),電阻不計(jì)。導(dǎo)軌所在平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直,兩端分別接阻值為2R的電阻R1和電容為C的電容器。質(zhì)量為m、電阻為R的金屬桿ab始終垂直于導(dǎo)軌,并與其保持良好接觸。桿ab由靜止開(kāi)始下滑,在下滑過(guò)程中最大的速度為v,整個(gè)電路消耗的最大電功率為P,則:A.電容器右極板帶正電    B.電容器的最大帶電量為______B.桿ab的最大速度v等于_______D.桿ab所受安培力的最大功率為_______ (斜面+外力)如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)的粗糙平行直導(dǎo)軌與水平面成α角放置,兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),軌道上端接一電容為C的電容器。導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于導(dǎo)軌平面斜向上。一質(zhì)量為m的金屬棒在沿平行斜面的恒力F作用下從靜止開(kāi)始沿斜面向上運(yùn)動(dòng)。已知重力加速度大小為g,金屬棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,忽略所有電阻,求:(1)電容器極板上積累的電荷量與金屬棒速度大小的關(guān)系;(2)回路中的電流強(qiáng)度大小.     變式5.(連接體)如圖所示,處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩根足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距L,導(dǎo)軌平面與水平面重合,左端用導(dǎo)線(xiàn)連接電容為C的電容器(能承受的電壓足夠大)。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上。一質(zhì)量為m、電阻不計(jì)的直金屬棒垂直放在兩導(dǎo)軌上,一根絕緣的、足夠長(zhǎng)的輕繩一端與棒的中點(diǎn)連接,另一端跨過(guò)定滑輪掛一質(zhì)量為m的重物?,F(xiàn)從靜止釋放重物并通過(guò)輕繩水平拖動(dòng)金屬棒運(yùn)動(dòng)(金屬棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,不計(jì)滑輪質(zhì)量和所有摩擦)。求:(1)若某時(shí)刻金屬棒速度為v,則電容器兩端的電壓多大?(2)求證:金屬棒的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);(3)當(dāng)重物從靜止開(kāi)始下落一定高度時(shí),電容器帶電量為Q,則這個(gè)高度h多大?        如圖所示,有一間距為l且與水平方向成θ角粗糙的平行軌道,軌道上端接有電容器和定值電阻,S為單刀雙擲開(kāi)關(guān),空間存在垂直軌道平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。將單刀雙擲開(kāi)關(guān)接到a點(diǎn),一根電阻不計(jì)、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒在軌道底端獲得初速度v0后沿著軌道向上運(yùn)動(dòng),到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),單刀雙擲開(kāi)關(guān)接b點(diǎn),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間導(dǎo)體棒又回到軌道底端,且到達(dá)底端之前已經(jīng)勻速,已知?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)為<tanθ),定值電阻的阻值為R,電容器的電容為C,重力加速度為g,軌道足夠長(zhǎng),軌道電阻不計(jì)。求: (1)導(dǎo)體棒上滑過(guò)程中,電容器的最大電荷量q,上滑的位移大小s(2)求導(dǎo)體棒下滑到底端過(guò)程中,定值電阻產(chǎn)生的熱量Q       如圖(甲)、(乙)、(丙)中,除導(dǎo)體棒ab可動(dòng)外,其余部分均固定不動(dòng),(甲)圖中的電容器C原來(lái)不帶電.設(shè)導(dǎo)體棒、導(dǎo)軌和直流電源的電阻均可忽略,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的摩擦也不計(jì),圖中裝置均在水平面內(nèi),且都處于方向垂直水平面(即紙面)向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌足夠長(zhǎng).現(xiàn)給導(dǎo)體棒ab一個(gè)向右的初速度v0,在(甲)、(乙)、(丙)三種情形下導(dǎo)體棒ab的最終運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是(  )A.三種情形下導(dǎo)體棒ab最終都做勻速運(yùn)動(dòng)B.(甲)、(丙)中,ab棒最終將以不同速度做勻速運(yùn)動(dòng);(乙)中,ab棒最終靜止C.(甲)、(丙)中,ab棒最終將以相同速度做勻速運(yùn)動(dòng);(乙)中,ab棒最終靜止D.三種情形下導(dǎo)體棒ab最終都靜止2020浙江高三月考)如圖所示,間距L=1m的兩光滑金屬導(dǎo)軌相互平行放置,水平導(dǎo)軌與傾斜導(dǎo)軌之間用絕緣材料平滑連接。傾斜軌道的傾角θ=37°,在傾斜軌道上端有一單刀雙擲開(kāi)關(guān)S,可連接E=9Vr=2Ω的電源或C=F的未充電的電容器。在傾斜導(dǎo)軌區(qū)域和直導(dǎo)軌CDGH矩形區(qū)域存在著相同的磁場(chǎng),方向豎直向上,在水平導(dǎo)軌的右端連接了R2=10Ω的電阻。已知R1=10Ω,d=3m,將開(kāi)關(guān)S1相連,一質(zhì)量m=0.1kg的金屬導(dǎo)體棒ab恰好能靜止在高h=3.6m的傾斜導(dǎo)軌上。不計(jì)其他一切電阻和阻力,取g=10m/s2.求:(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??;(2)將開(kāi)關(guān)S擲向2后,ab棒滑到MN處的速度v;3          ab棒通過(guò)CDGH磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中R2上產(chǎn)生的焦耳熱。         如圖甲所示兩光滑導(dǎo)軌由水平、傾斜兩部分平滑連接,相互平行放置兩導(dǎo)軌相距L=1m,傾斜導(dǎo)軌與水平面成θ=30°.傾斜導(dǎo)軌所處的某一矩形區(qū)域BBCC內(nèi)有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1=1TB、C間距離為L1=2m.傾斜導(dǎo)軌上端通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S連接R=0.8Ω的電阻和電容C=1F的未充電的電容器.現(xiàn)將開(kāi)關(guān)s擲向1,接通電阻R,然后從傾斜導(dǎo)軌上離水平面高h=1.45m處垂直于導(dǎo)軌靜止釋放金屬棒ab,金屬棒的質(zhì)量m=0.4kg、電阻r=0.2Ω,金屬棒下滑時(shí)與導(dǎo)軌保持良好接觸,在到達(dá)斜面底端CC前已做勻速運(yùn)動(dòng).金屬棒由傾斜導(dǎo)軌滑向水平導(dǎo)軌時(shí)無(wú)機(jī)械能損失,導(dǎo)軌的電阻不計(jì).當(dāng)金屬棒經(jīng)過(guò)CC時(shí),開(kāi)關(guān)S擲向2,接通電容器C,同時(shí)矩形區(qū)域BBCC的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1隨時(shí)間變化如圖乙所示.水平導(dǎo)軌所處某一矩形區(qū)域的CCDD內(nèi)無(wú)磁場(chǎng),C、D間距離為L2=8m.DD'右側(cè)的水平軌道足夠長(zhǎng)且兩水平軌道內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2=2T.g=10m/s2,求:1)金屬棒剛進(jìn)入矩形磁場(chǎng)區(qū)域BBCC時(shí)兩端的電壓;2)金屬棒通過(guò)矩形磁場(chǎng)區(qū)域BB'CC的過(guò)程中電阻R產(chǎn)生的熱量;3)若金屬棒在矩形區(qū)域CCDD內(nèi)運(yùn)動(dòng),到達(dá)DD前電流為零.則金屬棒進(jìn)入DD右側(cè)磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定后電容器最終所帶的電荷量.      如圖所示,一光滑的平行導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距為L=2m。兩導(dǎo)軌各通過(guò)一間距不計(jì)的絕緣隔層cd將其分成兩段,導(dǎo)軌左端分別接有阻值為R=2.0Ω的電阻和電容為C=0.1F的電容器。一質(zhì)量為m=1.0kg,阻值不計(jì)的金屬棒放置在導(dǎo)軌上,整個(gè)裝置置于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。棒在水平向右的外力F作用下,由靜止開(kāi)始以a=2m/s2的加速度做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)棒運(yùn)動(dòng)到絕緣層處撤去外力,其位移x=16cm。假設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì),棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸,電容器儲(chǔ)存的電能公式,求:1)當(dāng)棒運(yùn)動(dòng)到絕緣層處時(shí),電容器儲(chǔ)存的電能UC2)棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,外力F與時(shí)間的關(guān)系;3)當(dāng)棒運(yùn)動(dòng)到絕緣層處撤去外力F前,通過(guò)導(dǎo)體棒的電荷量q          20221如圖所示,水平固定一半徑r=0.2m的金屬圓環(huán),長(zhǎng)均為r,電阻均為R0的兩金屬棒沿直徑放置,其中一端與圓環(huán)接觸良好,另一端固定在過(guò)圓心的導(dǎo)電豎直轉(zhuǎn)軸OO上,并隨軸以角速度=600rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng),圓環(huán)內(nèi)左半圓均存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。圓環(huán)邊緣、與轉(zhuǎn)軸良好接觸的電刷分別與間距l1的水平放置的平行金屬軌道相連,軌道間接有電容C=0.09F的電容器,通過(guò)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S可分別與接線(xiàn)柱1、2相連。電容器左側(cè)寬度也為l1、長(zhǎng)度為l2、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域。在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)靠近左側(cè)邊緣處垂直軌道放置金屬棒ab,磁場(chǎng)區(qū)域外有間距也為l1的絕緣軌道與金屬軌道平滑連接,在絕緣軌道的水平段上放置形金屬框fcde。棒ab長(zhǎng)度和形框的寬度也均為l1、質(zhì)量均為m=0.01kg,decf長(zhǎng)度均為l3=0.08m,已知l1=0.25ml2=0.068m,B1=B2=1T、方向均為豎直向上;棒ab形框的cd邊的電阻均為R=0.1,除已給電阻外其他電阻不計(jì),軌道均光滑,棒ab與軌道接觸良好且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與軌道垂直。開(kāi)始時(shí)開(kāi)關(guān)S和接線(xiàn)柱1接通,待電容器充電完畢后,將S1撥到2,電容器放電,棒ab被彈出磁場(chǎng)后與形框粘在一起形成閉合框abcd,此時(shí)將S2斷開(kāi),已知框abcd在傾斜軌道上重心上升0.2m后返回進(jìn)入磁場(chǎng)。1求電容器充電完畢后所帶的電荷量Q,哪個(gè)極板(MN;)帶正電?2)求電容器釋放電荷量3)求框abcd進(jìn)入磁場(chǎng)后,ab邊與磁場(chǎng)區(qū)域左邊界的最大距離x

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