電磁感應綜合問題.doc

電磁感應綜合問題電磁感應綜合問題，不僅涉及電學多個知識的綜合，還常和力學知識相聯(lián)系，能夠考查學生的理解能力、分析綜合能力。是歷年高考考查的熱點、重點，題型有選擇題也有解答題。所以，本專題在考前應重點強化復習。知識結構：本專題涉及到的問題有以下幾種類型：1電磁感應和電學知識綜合應用?？梢院烷]合電路歐姆定律、法拉第電磁感應定律、楞次定律、左右手定則等知識結合，判斷電動勢和電流大小方向等問題。2電磁感應和力學知識綜合應用。可以和力學中的牛頓定律、動量知識結合，判斷有關導體棒，線圈速度加速度變化情況。3電磁感應和能量轉化結合。判斷外力做功情況、電路產(chǎn)熱情況以及導體棒或線圈動能變化情況。重點提示：1要注意基本規(guī)律的理解。本單元涉及的內容綜合性強，但深刻理解基本概念和規(guī)律是解決綜合問題的基礎。（1）要注意感應電動勢的大小和磁通量的變化率成正比，與磁通量的大小無關。（2）要注意E=和E=BLv 和 聯(lián)系和區(qū)別。（3）要注意左手定則和右手定則的區(qū)別。（4）要深刻理解楞次定律。理解阻礙含義。阻礙并不是相反，阻礙也不是阻止。增反減同，來拒去留。對線框導體棒在磁場中運動問題要弄清楚哪部分相當于電源，知道電源內部電流是從負極到正極，根據(jù)這點判斷導體的哪端相當于電源正極。2電磁感應與力和運動結合的問題，研究方法與力學相同。首先明確研究對象，搞清物理過程，正確地進行受力分析。導體棒在磁場中運動問題是個重點。對導體棒和線框在磁場中運動時受力情況、運動情況的動態(tài)分析，思考方向是：導體受力運動產(chǎn)生感應電動勢 -感應電流-導體受安培力-阻礙導體相對運動-合外力變化-加速度變化-速度變化-感應電動勢變化 ，當加速度等于零，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)，速度達到最大。3電磁感應現(xiàn)象中，產(chǎn)生的電能是其他形式的能轉化來的，外力克服安培力做多少功，就有多少電能產(chǎn)生從能量轉化和守恒的觀點看，楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)，電磁感應現(xiàn)象是能量守恒定律的重要例證，也是解決一些電磁感應問題的重要方法，從能量守恒和轉化方面分析電磁感應問題往往可以使問題變的簡單，在復習中應注意應用典型例題例1如圖所示，在跟勻強磁場垂直的平面內放置一個折成銳角的裸導線MON，MON=。在它上面擱置另一根與ON垂直的同樣規(guī)格的導線PQ，PQ緊貼MO、ON并以平行于ON的速度V，從頂角O開始向右勻速滑動，設裸導線單位長度的電阻為R0，磁感強度為B，求回路中的感應電流隨時間變化的關系。解答：總結：本題的關鍵是弄清楚瞬時電動勢與平均電動勢的區(qū)別。例2（2004北京理綜23題18分）如圖1所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，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2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。解：（1）如圖所示：重力mg，豎直向下；支撐力N，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上（2）當ab桿速度為v時，感應電動勢E=BLv，此時電路電流 總結：解決電磁感應和力學綜合題，同樣要認真分析運動過程，分析受力情況，在該題中要特別注意各量的制約關系。例3（2004全國理綜24題，）圖中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，磁場方向垂直于導軌所在平面（紙面）向里。導軌的a1b1段與a2b2段是豎直的，距離為l1；c1d1段與c2d2段也是豎直的，距離為l2。x1 y1與x2 y2為兩根用不可伸長的絕緣輕線相連的金屬細桿，質量分別為和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的大小和回路電阻上的熱功率。解：設桿向上的速度為v，因桿的運動，兩桿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例4：如圖，兩條水平虛線之間有垂直于紙面向里、寬度為d=50cm、磁感應強度為B=1.0T的勻強磁場。邊長為l=10cm的正方形線圈，質量為m=100g，電阻為R=0.020。線圈下邊緣到磁場上邊界的距離為h=80cm。將線圈由靜止釋放，已知其下邊緣剛進入磁場和剛穿出磁場時刻的速度相同。取g=10m/s2。求：線圈進入磁場的過程中產(chǎn)生的電熱Q。線圈下邊緣穿越磁場的過程中，線圈的最小速度v。線圈下邊緣穿越磁場的過程中，線圈加速度的最小值a的大小。解析：（1）根據(jù)“線圈下邊緣剛進入磁場和剛穿出磁場時刻的速度相同”，可以判斷出線圈進入階段是減速進入，完全進入后又加速運動，當線圈下邊緣出磁場時速度又等于下邊剛進磁場時速度。從線圈下邊緣剛進入磁場到剛穿出磁場過程中動能變化為零，根據(jù)能量守恒定律，重力勢能的減小等于線圈進入過程產(chǎn)生的電能，又轉化為電熱，因此Q=mgd=0.50J 設線圈下邊緣到達磁場上邊界時的瞬時速度大小是v0， 則v02=2gh，v0=4.0m/s 根據(jù)對線圈的運動過程分析可以判定線圈上邊緣到達磁場上邊界時線圈速度一定最小，在線圈進入磁場過程中用動能定理： 而克服安培力做的功W就等于增加的電能也等于產(chǎn)生的電熱Q因此得v=（或由全部進入到下邊緣到達磁場下邊界的自由落體運動，v02v2=2g（d l）求v 線圈下邊緣進入磁場過程必然先減速，安培力大于重力，合力向上根據(jù)牛頓定律Fmg=ma 而安培力，可見速度最小時安培力最小，加速度最小。也就是當線圈剛全進入時加速度最小，有前此時線圈速度 v=，代入求得最小加速度為a=10 (1) m/s2=4.1m/s2總結：對涉及線圈和導體棒在磁場中運動問題一定要把運動過程弄清楚。該題關鍵點是認真讀題，抓住“題眼” “線圈下邊緣剛進入磁場和剛穿出磁場時刻的速度相同”這個關鍵點。有許多同學把能量轉化情況弄不清楚，不會求產(chǎn)生的熱量。還有的同學沒弄清進入階段是減速運動，安培力大于重力，不知道什么地方加速度最小。例5如圖，足夠長的光滑平行導軌水平放置，電阻不計，MN部分的寬度為2l，PQ部分的寬度為l，金屬棒a和b的質量ma=2mb=2m，其電阻大小Ra=2Rb=2R， a和b分別在MN 和PQ上，垂直導軌相距足夠遠，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，磁感強度為B，開始a棒向右速度為v0，b棒靜止，兩棒運動時始終保持平行且a總在MN上運動，b總在PQ上運動，求整個過程整個電路產(chǎn)生的熱量。答案：例6 如圖1所示，由同種材料、粗細均勻的電阻絲制成邊長為l的正方 形線框abcd，其總電阻為R現(xiàn)使線框以水平向右的速度v勻速穿過一寬度為2l、磁感應強度為B的勻強磁場區(qū)域，整個過程中ab、cd兩邊始終保持與磁場邊界平行令線框的cd邊剛好與磁場左三界重合時為零時刻，設U0=Blv，那么圖2中畫出的線框中a、b兩點間電勢差Uab隨線框cd邊的位移x變化的圖像正確的是解析：首先要弄清楚Uab顯示的什么電壓。當線框的cd進入磁場后，cd切割磁感線產(chǎn)生電動勢，電路中有逆時針電流，cd相當于電源，電動勢E=Blv,ab為外電路的一部分，電流由a流向b，則Uab大于零，且Uab=，當線圈全部進入后，線圈的cd邊和ab邊都切割磁感線，但由于穿過線圈的磁通量不變化，所以線圈中沒有感應電流，但ab兩端有電勢差，Uab =BlV=U0,同樣大于零。當線圈cd邊出了磁場后，ab切割磁感線，相當于電源，a端相當于電源正極，這時Uab相當于路端電壓Uab =，綜上所述，正確的應該選C。總結：電磁感應圖象問題是個重要