2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)綜合題教案.doc
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2019-2020年高中物理二輪總復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)綜合題教案 解答“龜磁感應(yīng)綜合題”一類試題，應(yīng)了解以下幾點(diǎn)： 1.電磁感應(yīng)與力學(xué)知識綜合：導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，田路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)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(yīng)和直流電路知識綜合：利用閉合電路歐姆定律求感應(yīng)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(zhuǎn)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(nèi)的金屬導(dǎo)軌，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直導(dǎo)軌所在的平面紙面)向里.導(dǎo)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(xì)桿，質(zhì)量分別為m1和m2，它們都垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持光滑接觸．兩桿與導(dǎo)軌構(gòu)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(yùn)動到圖示位置時，已勻速向上運(yùn)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(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動定律、焦耳定律等規(guī)律的綜合應(yīng)用能力.解題關(guān)鍵是分析清楚物理過程. [解析] 設(shè)桿向上運(yùn)動的速度為v，因桿的運(yùn)動，兩抒與導(dǎo)軌構(gòu)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(yīng)定律，回路中的感應(yīng)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(dāng)桿作勻速運(yùn)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(dǎo)軌MN,PQ平行放置在傾角為θ的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L，M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻，一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直，整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直斜面向下，導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)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?jiān)诖藞D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(dāng)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(dá)到的速度最大值． 答案:如圖D25-1所示 (2)；gsinθ- (3) 指導(dǎo)：(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(dāng)ab桿速度為v時，感應(yīng)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(yùn)動定律，有ma=mgsinθ-F=mgsinθ , (3)當(dāng)=mgsinθ時，ab桿達(dá)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(dǎo)軌平行固定放置，間距為L一端通過導(dǎo)線與阻值為R的電阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m的金屬桿，如圖25—2—3所示，金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)．均勻磁場豎直向下，用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運(yùn)動．當(dāng)改變拉力的大小時，相對應(yīng)的勻速運(yùn)動速度v也會變化，v和F的關(guān)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(yùn)動之前做什么運(yùn)動? (2)若m=0.5kg，L=0.5m,R=0.5，磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動 (2)lT (3)動摩擦因數(shù) V=0．4 指導(dǎo)：(1)金屬桿運(yùn)動后，回路中產(chǎn)生感應(yīng)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(yùn)動． (2)感應(yīng)電動勢E=BLv，感應(yīng)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(dǎo)電導(dǎo)軌MN、PQ，導(dǎo)軌間距離為l勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌所在的平面(紙面)向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為且兩根金屬桿1、2擺在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直，它們的質(zhì)量和電阻分別為m1、m2和R1、R2．兩桿與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)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(dǎo)軌運(yùn)動，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，桿2也以恒定速度沿導(dǎo)軌運(yùn)動，導(dǎo)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(dǎo)：設(shè)桿2的運(yùn)動速度為 v，由于兩桿運(yùn)動時，兩桿和導(dǎo)軌成的回路中磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，感應(yīng)電動勢為E=B1(v0-v)，感應(yīng)電流I桿2做勻速運(yùn)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(nèi)的光滑閉合金屬導(dǎo)軌，O、C處分別接有短電阻絲(圖中用粗線表示)，R1=4Ω，R2=8Ω(導(dǎo)軌其他部分電阻不計(jì))．導(dǎo)軌OAC的形狀滿足方程y=2sin()(單位：m)．磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T，的勻強(qiáng)磁場方向垂直于導(dǎo)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(dǎo)軌上從O點(diǎn)滑動到C點(diǎn)，棒與導(dǎo)軌接觸良好且始終保持與OC導(dǎo)軌垂直．不計(jì)棒的電阻．求： (1)外力F的最大值； (2)金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)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(guān)系． 答案:0．3N(2)1W(3)A 指導(dǎo)：(1)金屬棒勻速運(yùn)動 F外=F安 由E=Biv,I=．得F外=BIL =當(dāng)L達(dá)到最大，即 則 (2)=1 W． (3)金屬棒與導(dǎo)軌接觸點(diǎn)間的點(diǎn)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(dǎo)軌固定在水平桌面上，每根導(dǎo)軌每米的電阻為ro=0.10Ω．導(dǎo)軌的端點(diǎn)P、Q用電阻可忽略的導(dǎo)線相連，兩導(dǎo)軌間的距離l=0.20cm．有隨時間變化的勻強(qiáng)磁場垂直于桌面，已知磁感應(yīng)強(qiáng)度B與時間t的關(guān)系為B=kt，比例系數(shù)k=0.020T／s．一電阻不計(jì)的金屬桿可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，在滑動過程中保持與導(dǎo)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?qū)к壍牧硪欢嘶瑒樱笤趖=6.0s時金屬桿所受的安培力． F=1．4410-3N 指導(dǎo)：以a表示金屬桿運(yùn)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(dǎo)軌構(gòu)成的回路的面積SLl，回路中的感應(yīng)電動勢E=+Blv．而B=kt ,=k．回路的總電阻R= 2Lr0，回路中的感應(yīng)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(dǎo)軌，固定在同一水平面上，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0.50T的勻強(qiáng)磁場與導(dǎo)軌所在平面垂直，導(dǎo)軌的電阻很小，可忽略不計(jì)，導(dǎo)軌間的距離l=0.20 m.兩根質(zhì)量均為m=0.10kg的平行金屬桿甲、乙可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動，滑動過程中與導(dǎo)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?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)有一與導(dǎo)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(dǎo)軌上滑動，經(jīng)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(diǎn)經(jīng)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(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間的距離為工，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ，在整個導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上方的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在導(dǎo)軌的MP間連接一個阻值為R的電阻， 一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，從靜止釋放開始沿導(dǎo)軌下滑，求ab棒的最大速度．(已知ab與導(dǎo)軌間動摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)軌和金屬棒的電阻不計(jì)) 命題目的與解題技巧：考查電磁感應(yīng)定律與運(yùn)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(yùn)動，感應(yīng)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(yùn)=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(yùn)動，當(dāng)a=0時，速度達(dá)到最大值，設(shè)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(biāo)的建立及力空間坐標(biāo)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(dǎo)線框abc固定在勻強(qiáng)磁場中，ab是一段長為l、電阻為R的均勻?qū)Ь€，ac和bc的電阻可不計(jì)，ac長度為l／2．磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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?qū)w桿MN架在導(dǎo)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(dǎo)線框保持良好接觸．求： (1)回路中感應(yīng)電動勢的最大值，并判斷出導(dǎo)線ac中的電流方向； (2)當(dāng)MN滑運(yùn)的距離為l／3時，作用在導(dǎo)體桿MN上的外力大?。? 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(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)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(dǎo)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(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T．金屬棒MN質(zhì)量m=0.5 ks，電阻間接有電阻，R1=R2=2Ω，其余電阻忽略不計(jì)，今將金屬棒自弧形導(dǎo)軌中離水平部分高h(yuǎn)=0.8m處由靜止開始釋放，在導(dǎo)軌水平部分中前進(jìn)s=2m后靜止．求： (1)金屬棒在導(dǎo)軌水平部分運(yùn)動時的最大加速度： (2)全過程中R1產(chǎn)生的焦耳熱． 5 (典型例題)如圖25—2—14所示，abcd是質(zhì)量為M=2kg的導(dǎo)軌，放在光滑絕緣的水平面上，另有一根質(zhì)量m=0.6kg的金屬棒PQ平行bc放在水平導(dǎo)軌上，PQ棒左邊靠著絕緣的豎直立柱e、f，導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場中，場以00為界，左側(cè)的磁場方向豎直向上，右側(cè)的磁場方向水平向右，磁感應(yīng)強(qiáng)度都為B=0.8T導(dǎo)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(jì)，金屬棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)P=0.2．若導(dǎo)軌上作用一個方向向左、大小為F=2N的水平拉力，設(shè)導(dǎo)軌足夠長，g取10m／s2．試求： (1)導(dǎo)軌運(yùn)動的最大加速度： (2)流過導(dǎo)軌的最大電流． 6 (典型例題)勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)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(nèi)感應(yīng)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(yù)測 1 把一個矩形線圈從理想邊界的勻強(qiáng)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(chǎn)生的焦耳熱之比=_______. 2 如圖25—2—17所示，水平放置的金屬導(dǎo)軌MN與PQ平行，相距0.6m，電阻R=1Ω，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為1 T，當(dāng)用水平恒力拉動金屬桿oA在導(dǎo)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(jì)，求： (1)說出00桿中的感應(yīng)電流方向； (2)ab桿切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)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(zhì)量為m、邊長為L的正方形線框，從有界勻強(qiáng)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動，求： (1)線框穿過上邊界的運(yùn)動性質(zhì)是怎樣的； (2)cd邊剛進(jìn)入磁場時線框的速度； (3)線框穿過磁場的過程中，產(chǎn)生的焦耳熱． 4 兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌位于水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距為L，導(dǎo)軌上橫放著兩根導(dǎo)體棒ab和cd，構(gòu)成 矩形回路，如圖25—2—19所示．兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量都為m，電阻都為R，回路中其余部分的電阻可忽略不計(jì)．在整個導(dǎo)軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為且設(shè)兩導(dǎo)體棒均可沿導(dǎo)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(dāng)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(yùn)動過程中產(chǎn)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?yàn)锽的正方向，那么平行板電容器中負(fù)電荷的加速度方向在一周期內(nèi)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(dǎo)線的電阻也為R，其他導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì)．現(xiàn)有豎直向上的磁場B穿過線圈，在兩極板中一個質(zhì)量為m、電量為q，帶正電的油滴恰好處于靜止?fàn)顟B(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(zhì)量為m的帶電小球用絕緣細(xì)線懸掛在框的上方，讓整體在垂直于水平方向的勻強(qiáng)磁場中向左以速度v勻速運(yùn)動，懸線拉力為了，則 A.懸線豎直，T=mg B.懸線豎直，T下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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