2019-2020年高中物理二輪總復習 電磁感應綜合題教案.doc
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2019-2020年高中物理二輪總復習 電磁感應綜合題教案 解答“龜磁感應綜合題”一類試題，應了解以下幾點： 1.電磁感應與力學知識綜合：導體在磁場中做切割磁感線運動，田路中產生感應電流，感應電流在磁場中又要受到安培辦的作府；從而引出一系列如平衡、加速度、動量和能量等綜合問題.利用平衡、牛頓定律和動量定理 動能定理要解決問題 2．電磁感應和直流電路知識綜合：利用閉合電路歐姆定律求感應電流的大小，利用直流電路的串、并聯(lián)知識求各部分支路的電壓、電流和電功率(或熱功率)、消耗的電能等問. 3．涉及能的轉化和守恒定律，有時用守恒思想解題較簡單． Ⅰ 高考最新熱門題 1 (典型例題)如圖25-2—1所示，a1b1c1d1和a2b2c2d2為在同一豎直平面內的金屬導軌，處在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直導軌所在的平面紙面)向里.導線的a1b1，段與a2b2段是豎直的，距離為l1，c1d1段與c2d2段也是垂直的，距離為l2,x1y1與x2y2為兩根用不可可長的絕緣輕線相連的金屬細桿，質量分別為m1和m2，它們都垂直于導軌并與導軌保持光滑接觸．兩桿與導軌構成的回路的總電阻為R.F為作用于金屬桿x1y1上的豎直向上的恒力．已知兩桿運動到圖示位置時，已勻速向上運動，求此時作用于兩桿的重力的功率大小和回路電阻上的熱功率． 命題目的與解題巧：考查法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律、焦耳定律等規(guī)律的綜合應用能力.解題關鍵是分析清楚物理過程. [解析] 設桿向上運動的速度為v，因桿的運動，兩抒與導軌構成的回路的面積減少，從而磁通量也減少，由法拉第電磁感應定律，回路中的感應電動勢的大小E=B(l2-l1) ① 回路中的電流 ② 電流沿順時針方向，兩金屬桿都要受到安培力作用，作用于桿x1y1的安培力f1=Bl1I ③方向向上 作用于桿x2y2的安培力f2=Bl2I ④方向向下 當桿作勻速運動時，根據(jù)牛頓第二定律有： F-m1g-m2g+f1-f2=0 ⑤ 解以上各式，得 ⑥ ⑦ 作用于兩桿的重力的功率的大小p=(m1=+m2)gv ⑧ 電阻上的熱功率 Q=I2R ⑨ 由⑥⑦⑧⑨式得 ⑩ [答案] 2 (典型例題)如圖25-2—2(甲)所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN,PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻，一根質量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直，整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下，導軌和金屬桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦． (1)由b向a方向看到的裝置如圖25-2-2(乙)所示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖； (2)在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大?。? (3)求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值． 答案:如圖D25-1所示 (2)；gsinθ- (3) 指導：(1)如圖D 25-1所示，某時刻ab桿受重力 mg，方向豎直向下，支持力N，方向垂直斜面向上；安培力F，方向平行斜面向上． (2)當ab桿速度為v時，感應電動熱E=BLv，此時電路中電流I=桿所受安培力F=BIv根據(jù)牛頓運動定律，有ma=mgsinθ-F=mgsinθ , (3)當=mgsinθ時，ab桿達到最大速度 vm,Vm= 3 (典型例題)水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，間距為L一端通過導線與阻值為R的電阻連接；導軌上放一質量為m的金屬桿，如圖25—2—3所示，金屬桿與導軌的電阻忽略不計．均勻磁場豎直向下，用與導軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運動．當改變拉力的大小時，相對應的勻速運動速度v也會變化，v和F的關系如圖25-2-4所示．(取重力加速度g=10m／s2) (1)金屬桿在勻速運動之前做什么運動? (2)若m=0.5kg，L=0.5m,R=0.5，磁感應強度B為多大？ (3)由v-F圖線的截距可求得什么物理量?其值為多少? 答案:加速度減小的加速運動 (2)lT (3)動摩擦因數(shù) V=0．4 指導：(1)金屬桿運動后，回路中產生感應電流，金屬桿將受 F和安培力的作用，且安培力隨著速度增大而增加，桿所受合外力減小，故加速度減小，即加速度減小的加速運動． (2)感應電動勢E=BLv，感應電流I=，安培力F=BIL=由圖線可知金屬桿受拉力、安培力和阻力作用，勻速時合力為零．F=+f所以v=(F-f)．從圖一可以得一直線的斜率k=2，所以B==1T. (3)由直線的截距可以求得金屬桿受到的阻力f=2N．若金屬桿受到的阻力僅為動摩擦力，由截距可求得動摩擦因數(shù) μ=0． 4 (典型例題)如圖25-2-5所示，在水平面上兩條平行導電導軌MN、PQ，導軌間距離為l勻強磁場垂直于導軌所在的平面(紙面)向里，磁感應強度的大小為且兩根金屬桿1、2擺在導軌上，與導軌垂直，它們的質量和電阻分別為m1、m2和R1、R2．兩桿與導軌接觸良好，與導軌間的動摩擦因數(shù)皆為μ.已知桿l被外力拖動，以恒定的速度vo沿導軌運動，達到穩(wěn)定狀態(tài)時，桿2也以恒定速度沿導軌運動，導軌的電阻可忽略.求此時桿2克服摩擦力做功的功率. 答案: p=μm2g [] 指導：設桿2的運動速度為 v，由于兩桿運動時，兩桿和導軌成的回路中磁通量發(fā)生變化，產生電磁感應現(xiàn)象，感應電動勢為E=B1(v0-v)，感應電流I桿2做勻速運動，它受到的安培力等于它受到的摩擦力，即BlI=μm2g．摩擦力的功率p=μm2gv．由以上各式解得P=μm2g[v0-(R1+R2)]． 5 (典型例題)如圖25—2-6所示，OACO為置于水平面內的光滑閉合金屬導軌，O、C處分別接有短電阻絲(圖中用粗線表示)，R1=4Ω，R2=8Ω(導軌其他部分電阻不計)．導軌OAC的形狀滿足方程y=2sin()(單位：m)．磁感應強度B=0.2T，的勻強磁場方向垂直于導軌平面．一足夠長的金屬棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0 m／s水平向右在導軌上從O點滑動到C點，棒與導軌接觸良好且始終保持與OC導軌垂直．不計棒的電阻．求： (1)外力F的最大值； (2)金屬棒在導軌上運動時電阻絲R1上消耗的最大功率； (3)在滑動過程中通過金屬棒的電流I與時間t的關系． 答案:0．3N(2)1W(3)A 指導：(1)金屬棒勻速運動 F外=F安 由E=Biv,I=．得F外=BIL =當L達到最大，即 則 (2)=1 W． (3)金屬棒與導軌接觸點間的點的長度隨時間變化， L=2sin(x)，且x=vt，E=BLv，則 I=. 6 (典型例題)如圖25—2—7所示，兩根平行金屬導軌固定在水平桌面上，每根導軌每米的電阻為ro=0.10Ω．導軌的端點P、Q用電阻可忽略的導線相連，兩導軌間的距離l=0.20cm．有隨時間變化的勻強磁場垂直于桌面，已知磁感應強度B與時間t的關系為B=kt，比例系數(shù)k=0.020T／s．一電阻不計的金屬桿可在導軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導軌垂直．在t=0時刻，金屬桿緊靠在P、Q端，在外力作用下，桿以恒定的加速度從靜止開始向導軌的另一端滑動．求在t=6.0s時金屬桿所受的安培力． F=1．4410-3N 指導：以a表示金屬桿運動的加速度，在 t時刻，金屬桿與初始位置的距離L=at2，此時桿的速度 v=at，桿與導軌構成的回路的面積SLl，回路中的感應電動勢E=+Blv．而B=kt ,=k．回路的總電阻R= 2Lr0，回路中的感應電流I=，作用于桿的安培力F=BlI解得F=t，代入數(shù)據(jù)得F=1．4410-3N． 7 (典型例題)如圖25-2—8所示，兩根平行的金屬導軌，固定在同一水平面上，磁感應強度 B=0.50T的勻強磁場與導軌所在平面垂直，導軌的電阻很小，可忽略不計，導軌間的距離l=0.20 m.兩根質量均為m=0.10kg的平行金屬桿甲、乙可在導軌上無摩擦地滑動，滑動過程中與導軌保持垂直，每根金屬桿的電阻為R=0.5Ω在t=0時刻，兩桿都處于靜止狀態(tài)．現(xiàn)有一與導軌平行、大小為0.20N的恒力F作用于金屬桿甲上，使金屬桿在導軌上滑動，經過t=5.0s，金屬桿甲的速度為o =1.37 m／s2．問：此時兩金屬桿的速度各為多少? Ⅱ 題點經典類型題 1 (典型例題)如圖25—2—9所示，MN、PQ是兩根足夠長的固定平行金屬導軌，兩導軌間的距離為工，導軌平面與水平面的夾角為θ，在整個導軌平面內都有垂直于導軌平面斜向上方的勻強磁場，磁感應強度為B，在導軌的MP間連接一個阻值為R的電阻， 一根垂直于導軌放置的金屬棒ab，質量為m，從靜止釋放開始沿導軌下滑，求ab棒的最大速度．(已知ab與導軌間動摩擦因數(shù)為μ，導軌和金屬棒的電阻不計) 命題目的與解題技巧：考查電磁感應定律與運動定律的綜合．分清物理過程，選擇合適定律列方程求解． [解析] ab下滑做切割磁感線運動，感應電流方向及受力情況如圖25—2—10(甲)所示．E=BLv ①，I= ②，F(xiàn)= BIL ③，F(xiàn)合=mgsinθ-F-μN=ma ④，N=mgcosθ ⑤聯(lián)立①②③④⑤解得a=(mgsinθ-B2L2v/R-μmgcosθ)／m． 在ab下滑過程中，速度增大，由上式知加速度減小，ab做加速度逐漸減小的加速運動，當a=0時，速度達到最大值，設為vm，則有mgsinθ-B2L2vm/R-μmgcosθ=0 所以vm=mg(sin θ-μcosθ)R／B2L2．若此題中B的方向豎直向上，則磁場力沿水平方向，受力如圖25— 2—10(乙)所示，N=mgcos θ+Fsinθ，速度最大時，mgsinθ-F 動態(tài)分析過程中，受力情況分析必須注意空間坐標的建立及力空間坐標系中的方向． [答案] vm=mg(sinθ-μcosθ)R／B2L2． 2 (典型例題)如圖25—2—11所示，直角三角形導線框abc固定在勻強磁場中，ab是一段長為l、電阻為R的均勻導線，ac和bc的電阻可不計，ac長度為l／2．磁場的磁感應強義為B，方向垂直于紙面向里．現(xiàn)有一段長為1／2、電阻為R／2的均勻導體桿MN架在導線框，開始時靠近(但不接觸)ac，然后在水平外力作用下沿ab方向以速度v向b端勻速滑動，滑動中始終與ac平行并與導線框保持良好接觸．求： (1)回路中感應電動勢的最大值，并判斷出導線ac中的電流方向； (2)當MN滑運的距離為l／3時，作用在導體桿MN上的外力大小． 3 (典型例題)如圖25—2—2所示，一個被x軸和曲線方程 y=0.2sin10x/3(m)所圍的空間中存在著勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度B=0.2T.方形金屬線框的邊長是0.4m，電阻是0.1 Ω，它的一邊與z軸重合，在拉力F的作用下，線框以10.0 m／s的速度水平向右勻速運動． 試求： (1)拉力F的最大功率是多少? (2)拉力F要做多少功才能把線框拉過磁場區(qū)? 4 (典型例題)如圖25—l—13所示，足夠長的金屬導軌ABCDEF，ABC與DEF平行，相距L=1 m，AB、EF是弧形，BC、DE水平放置，BAFE光滑，BCDE粗糙，且BCDE處于豎直向上的勻強磁場中，磁感應強度B=0.5T．金屬棒MN質量m=0.5 ks，電阻間接有電阻，R1=R2=2Ω，其余電阻忽略不計，今將金屬棒自弧形導軌中離水平部分高h=0.8m處由靜止開始釋放，在導軌水平部分中前進s=2m后靜止．求： (1)金屬棒在導軌水平部分運動時的最大加速度： (2)全過程中R1產生的焦耳熱． 5 (典型例題)如圖25—2—14所示，abcd是質量為M=2kg的導軌，放在光滑絕緣的水平面上，另有一根質量m=0.6kg的金屬棒PQ平行bc放在水平導軌上，PQ棒左邊靠著絕緣的豎直立柱e、f，導軌處于勻強磁場中，場以00為界，左側的磁場方向豎直向上，右側的磁場方向水平向右，磁感應強度都為B=0.8T導軌的bc段長l=0.5m，其電阻r=0.4Ω，金屬棒的電阻R=0.2Ω，其余電阻均可不計，金屬棒與導軌間的動摩擦因數(shù)P=0.2．若導軌上作用一個方向向左、大小為F=2N的水平拉力，設導軌足夠長，g取10m／s2．試求： (1)導軌運動的最大加速度： (2)流過導軌的最大電流． 6 (典型例題)勻強磁場磁感應強度B=0.2T，磁場寬度L=3m，一正方形金屬框邊長ab=l=1 m，其電阻r=0.2 Ω，金屬框以v=10m／s的速度勻速穿過磁場區(qū)，其平面始終保持與磁感線方向垂直，如圖25-2—15所示．求： (1)畫出金屬框穿過磁場區(qū)的過程中，金屬框內感應電流的I-t圖線； (2)畫出ab兩端電壓的U-t圖線． Ⅲ 新高考命題方向預測 1 把一個矩形線圈從理想邊界的勻強磁場中勻速拉出，如圖25—2—16所示，第一次速度為v1，第二次速度為v2，且v2=2v1,則兩種情況下拉力的功之比________，拉力的功率之比_______，線圈中產生的焦耳熱之比=_______. 2 如圖25—2—17所示，水平放置的金屬導軌MN與PQ平行，相距0.6m，電阻R=1Ω，勻強磁場的磁感應強度B為1 T，當用水平恒力拉動金屬桿oA在導軌上向右勻速移動時，電壓表的讀數(shù)0.5V．若ab部分的電阻為0.2Ω，其余部分電阻均不計，求： (1)說出00桿中的感應電流方向； (2)ab桿切割磁感線所產生的感應電動勢； (3)ab桿勻速移動的速度大??； (4)ab桿受到的安培力大?。? 3 如圖25—2—18所示，質量為m、邊長為L的正方形線框，從有界勻強磁場的上方h高處由靜止自由下落，線框的總電阻為R.已知勻強磁場的磁感應強度為B、寬度為2L，線框下落過程中，ab邊始終與磁場邊界平行且處于水平方向．若ab邊剛穿出磁場時線框恰好做勻速運動，求： (1)線框穿過上邊界的運動性質是怎樣的； (2)cd邊剛進入磁場時線框的速度； (3)線框穿過磁場的過程中，產生的焦耳熱． 4 兩根足夠長的平行金屬導軌位于水平面內，導軌間距為L，導軌上橫放著兩根導體棒ab和cd，構成 矩形回路，如圖25—2—19所示．兩根導體棒的質量都為m，電阻都為R，回路中其余部分的電阻可忽略不計．在整個導軌平面內都有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度為且設兩導體棒均可沿導軌無摩擦地滑行，開始時，棒ab靜止，cd棒有向右的初速度vo求： (1)開始時，棒ab的加速度是多大? (2)當cd棒的速度變?yōu)槌跛俣鹊臅r，棒ab的加速度是多大? (3)兩棒運動過程中產生的焦耳熱最多為多少? 考場熱身 探究性命題綜合測試 1 在圓形線圈的開口處接一平行板電容器，線圈的一部分置于周期性變化的磁場中，圖Z 25—1所示的方向為B的正方向，那么平行板電容器中負電荷的加速度方向在一周期內的變化是(電荷只受電場力) A.向上，向下，向下，向上 B．向下，向上，向下，向上 C．向上，向下，向上，向下 D．向下，向上，向上，向下 2 如圖Z25—2所示，兩塊水平放置的平行金屬板面間距為d，定值電阻的阻值為R，豎直放置的線圈匝數(shù)為n，繞制線圈導線的電阻也為R，其他導線的電阻忽略不計．現(xiàn)有豎直向上的磁場B穿過線圈，在兩極板中一個質量為m、電量為q，帶正電的油滴恰好處于靜止狀態(tài)，則磁場B的變化情況是 A.均勻增大，磁通量變化率的大小為 B.均勻增大，磁通量變化率的大小為 C.均勻減小，磁通量變化率的大小為 D．均勻減小，磁通量變化率的大小為 3 如圖Z25—3所示，用鋁板制成“”形框，將一質量為m的帶電小球用絕緣細線懸掛在框的上方，讓整體在垂直于水平方向的勻強磁場中向左以速度v勻速運動，懸線拉力為了，則 A.懸線豎直，T=mg B.懸線豎直，T
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