浙江省高考物理選考總復(fù)習(xí)配套課件第九章加試計(jì)算題7電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用.pptx

第九章電磁感應(yīng)交變電流(加試),加試計(jì)算題7電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用,電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用,內(nèi)容索引,課時(shí)訓(xùn)練,電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用,例1如圖1所示，光滑的“”形金屬導(dǎo)體框豎直放置，除圖中已標(biāo)阻值為R的電阻外，其余電阻不計(jì).質(zhì)量為m的金屬棒MN與框架接觸良好.在區(qū)域abcd和cdef內(nèi)，存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B1B、B22B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向均垂直于框架平面向里，兩豎直導(dǎo)軌ae與bf間距為L(zhǎng).現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒MN，當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)B1區(qū)域后恰好做勻速運(yùn)動(dòng).求：(1)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)B1區(qū)域后的速度大小；,命題點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題,圖1,解析答案,解析當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)B1區(qū)域后恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，說明金屬棒所受的安培力與重力大小相等、方向相反.則F1B1I1LBI1Lmg,(2)金屬棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)B2區(qū)域時(shí)的加速度大小.解析金屬棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)B2區(qū)域時(shí)，由楞次定律判斷知所受的安培力方向豎直向上，,方法感悟,圖1,把(1)問求得的v代入，可得F24mg根據(jù)牛頓第二定律得：F2mgma得a3g.,答案3g,解析答案,方法感悟,用“四步法”分析電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題解決電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的一般思路是“先電后力”，具體思路如下：(1)進(jìn)行“源”的分析分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源，求出電源的參數(shù)E和r.(2)進(jìn)行“路”的分析分析電路結(jié)構(gòu)，明確串、并聯(lián)的關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，以便求解安培力.(3)“力”的分析分析研究對(duì)象(常是金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的安培力.(4)進(jìn)行“運(yùn)動(dòng)”狀態(tài)的分析根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，判斷出正確的運(yùn)動(dòng)模型.,1.(2015浙江理綜24)小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“電磁天平”，如圖2所示，等臂天平的左臂為掛盤，右臂掛有矩形線圈，兩臂平衡.線圈的水平邊長(zhǎng)L0.1m，豎直邊長(zhǎng)H0.3m，匝數(shù)為N1.線圈的下邊處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B01.0T，方向垂直線圈平面向里.線圈中通有可在02.0A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的電流I.掛盤放上待測(cè)物體后，調(diào)節(jié)線圈中電流使天平平衡，測(cè)出電流即可測(cè)得物體的質(zhì)量.(重力加速度取g10m/s2),題組階梯突破,1,2,圖2圖3,1,2,(1)為使電磁天平的量程達(dá)到0.5kg，線圈的匝數(shù)N1至少為多少？,解析題中“電磁天平”中的線圈受到安培力FN1B0IL由天平平衡可知：mgN1B0IL代入數(shù)據(jù)解得：N125匝,答案25匝,解析答案,2,(2)進(jìn)一步探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象，另選N2100匝、形狀相同的線圈，總電阻R10.不接外電流，兩臂平衡.如圖3所示，保持B0不變，在線圈上部另加垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間均勻變大，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挾萪0.1m.當(dāng)掛盤中放質(zhì)量為0.01kg的物體時(shí)，天平平衡，求此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率.,圖3,解析答案,1,2,線圈受到的安培力FN2B0IL,答案0.1T/s,1,2.(201510月浙江選考)如圖4甲所示，質(zhì)量m3103kg的“”形金屬細(xì)框豎直放置在兩水銀槽中，“”形框的水平細(xì)桿CD長(zhǎng)l0.20m，處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B11.0T、方向水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.有一匝數(shù)n300匝、面積S0.01m2的線圈通過開關(guān)K與兩水銀槽相連.線圈處于與線圈平面垂直的、沿豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示.,2,圖4,1,2,(1)求00.10s線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小；,答案30V,解析答案,1,2,(2)t0.22s時(shí)閉合開關(guān)K，若細(xì)桿CD所受安培力方向豎直向上，判斷CD中的電流方向及磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的方向；,解析電流方向CDB2方向向上,答案電流方向CDB2方向向上,解析答案,1,(3)t0.22s時(shí)閉合開關(guān)K，若安培力遠(yuǎn)大于重力，細(xì)框跳起的最大高度h0.20m，求通過細(xì)桿CD的電荷量,解析答案,(或由動(dòng)量定理Ftmv0)安培力FIB1lQItv22gh,答案0.03C,2,1,例2(2016浙江10月學(xué)考22)為了探究電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系，小明設(shè)計(jì)了如圖5所示的裝置.半徑為l的圓形金屬導(dǎo)軌固定在水平面上，一根長(zhǎng)也為l、電阻為R的金屬棒ab一端與導(dǎo)軌接觸良好，另一端固定在圓心處的導(dǎo)電轉(zhuǎn)軸OO上，由電動(dòng)機(jī)A帶動(dòng)旋轉(zhuǎn).在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面，大小為B1、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng).另有一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒cd用輕質(zhì)彈簧懸掛在豎直平面內(nèi)，并與固定在豎直平面內(nèi)的“U”型導(dǎo)軌保持良好接觸，導(dǎo)軌間距為l，底部接阻值也為R的電阻，處于大小為B2、方向垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.,命題點(diǎn)二動(dòng)力學(xué)和能量觀點(diǎn)的綜合應(yīng)用,圖5,從圓形金屬導(dǎo)軌引出導(dǎo)線和通過電刷從轉(zhuǎn)軸引出導(dǎo)線經(jīng)開關(guān)S與“U”型導(dǎo)軌連接.當(dāng)開關(guān)S斷開，棒cd靜止時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)量為x0；當(dāng)開關(guān)S閉合，電動(dòng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，棒cd再次靜止時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)量變?yōu)閤(不超過彈性限度).不計(jì)其余電阻和摩擦等阻力，求此時(shí)：,(1)通過棒cd的電流Icd；,解析答案,由右手定則，電流方向由a到b，,(2)電動(dòng)機(jī)對(duì)該裝置的輸出功率P；,解析答案,(3)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度與彈簧伸長(zhǎng)量x之間的函數(shù)關(guān)系.,解析S斷開時(shí)，由平衡條件kx0mgS閉合時(shí)，由平衡條件kxB2Icdlmg,方法感悟,解析答案,方法感悟,解決電磁感應(yīng)動(dòng)力學(xué)及能量問題的一般思路1.電路分析：確定電源，畫出等效電路，明確內(nèi)、外電路，分析電路的串、并聯(lián)關(guān)系.2.受力分析：注意導(dǎo)體棒所受的安培力大小和方向.3.運(yùn)動(dòng)分析：對(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行“慢進(jìn)”式推理分析，應(yīng)用牛頓第二定律對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中各物理量進(jìn)行分析.4.能量分析：分析運(yùn)動(dòng)過程中各力做功情況，明確能量轉(zhuǎn)化形式.5.規(guī)律分析：根據(jù)牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、動(dòng)能定理、能量守恒定律合理組合優(yōu)化.,3.如圖6甲所示，在一傾角為37的粗糙絕緣面上，靜止地放置著一個(gè)匝數(shù)n10匝的正方形線圈ABCD，E、F分別為AB、CD的中點(diǎn)，線圈總電阻R2.0、總質(zhì)量m0.2kg、正方形邊長(zhǎng)L0.4m.如果向下輕推一下此線圈，則它剛好可沿斜面勻速下滑.現(xiàn)在將線圈靜止放在斜面上后，在虛線EF以下的區(qū)域中，加上垂直斜面方向的、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小按圖乙所示規(guī)律變化的磁場(chǎng)，(最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，sin370.6，cos370.8)求：,題組階梯突破,3,4,圖6,(1)t1s時(shí)刻，線圈中的感應(yīng)電流大小I；,3,4,答案0.2A,解析答案,解得E0.4V,(2)從t0時(shí)刻開始經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間線圈剛要開始運(yùn)動(dòng)；,3,4,答案4s,解析由受力分析可知Ffmgsin37Fmgsin37FfFnBIL解得B3TB10.5t則t4s,解析答案,(3)從t0時(shí)刻開始到線圈剛要運(yùn)動(dòng)，線圈中產(chǎn)生的熱量Q.,3,4,答案0.32J,解析由焦耳定律可得QI2RtQ0.32J.,解析答案,4.如圖7所示，MN、PQ為間距L0.5m的足夠長(zhǎng)平行導(dǎo)軌，NQMN.導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角37，NQ間連接有一個(gè)R5的電阻.有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B01T.將一根質(zhì)量為m0.05kg的金屬棒ab緊靠NQ放置在導(dǎo)軌上，且與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與金屬棒的電阻均不計(jì).現(xiàn)由靜止釋放金屬棒，金屬棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)過程中始終與NQ平行.已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5，當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí)達(dá)到穩(wěn)定速度，cd距離NQ為s2m.問：(sin370.6，cos370.8),3,4,圖7,(1)當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí)回路中的電流是多大？,3,4,圖7,解析達(dá)到穩(wěn)定速度時(shí)，有FB0IL由平衡條件有mgsinFmgcos,答案0.2A,解析答案,(2)金屬棒達(dá)到的穩(wěn)定速度是多大？,3,4,解析金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為EB0Lv,答案2m/s,解析答案,(3)當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí)回路中產(chǎn)生的焦耳熱是多少？,3,4,解析根據(jù)能量守恒得，減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、克服摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能和回路中產(chǎn)生的焦耳熱，則有,答案0.1J,解析答案,返回,課時(shí)訓(xùn)練,1.(2016湖州市聯(lián)考)在范圍足夠大，方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.2T，有一水平放置的光滑U形金屬框架，寬度l0.4m，如圖1所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05kg、電阻為1的金屬桿cd，框架電阻不計(jì).若桿cd以恒定加速度a2m/s2由靜止開始做勻變速運(yùn)動(dòng)，則：(1)在5s內(nèi)平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是多少？,圖1,答案0.4V,1,2,3,4,5,解析答案,(2)第5s末，回路中的電流是多大？,答案0.8A,解析第5s末：vat10m/s此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：EBlv,1,2,3,4,5,解析答案,(3)第5s末，作用在桿cd上的水平外力是多大？,答案0.164N,解析桿cd勻加速運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得FF安ma即FBIlma0.164N.,1,2,3,4,5,解析答案,2.(2015北京理綜22)如圖2所示，足夠長(zhǎng)的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，寬度L0.4m，一端連接R1的電阻，導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1T.導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上，其長(zhǎng)度恰好等于導(dǎo)軌間距，與導(dǎo)軌接觸良好.導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì).在平行于導(dǎo)軌的拉力F作用下，導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)，速度v5m/s，求：,圖2,1,2,3,4,5,(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I；,解析由法拉第電磁感應(yīng)定律可得EBLv10.45V2V,方向沿導(dǎo)體棒由NM,答案2V2A,1,2,3,4,5,解析答案,圖2,(2)在0.1s時(shí)間內(nèi)，拉力的沖量IF的大小；,解析拉力的大小等于安培力的大小FBIL120.4N0.8N沖量的大小IFFt0.80.1Ns0.08Ns,答案0.08Ns,1,2,3,4,5,解析答案,圖2,(3)若將MN換為電阻r1的導(dǎo)體棒，其他條件不變，求導(dǎo)體棒兩端的電壓U.,解析由閉合電路歐姆定律可得電路中的電流為,答案1V,導(dǎo)體棒兩端的電壓UIR11V1V.,1,2,3,4,5,解析答案,圖2,3.如圖3所示，一對(duì)光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距l(xiāng)0.5m，左端接有阻值R0.3的電阻，一質(zhì)量m0.1kg，電阻r0.1的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.4T.棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a2m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)通過電阻R的電荷量為q4.5C時(shí)撤去外力，之后棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后停下來，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1Q221.棒在運(yùn)動(dòng)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：,圖3,1,2,3,4,5,(1)棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中的位移大小x；,解析棒在勻加速運(yùn)動(dòng)中Blx，,解得x9m.,答案9m,1,2,3,4,5,解析答案,(2)撤去外力后金屬棒MN上產(chǎn)生的焦耳熱QMN；,解析棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中有，2axv2，則v6m/s，從撤去外力到棒最終停下來的過程，,答案0.45J,1,2,3,4,5,解析答案,圖3,(3)外力做的功WF.,解析撤去外力后回路中產(chǎn)生的熱量Q2W安1.8J，依題意得Q12Q221.8J3.6J，外力做的功WFQ1Q2(3.61.8)J5.4J.,答案5.4J,1,2,3,4,5,解析答案,圖3,4.如圖4兩根足夠長(zhǎng)的光滑平行直導(dǎo)軌MN、PQ與水平面成角放置，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，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(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向上，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，它們的電阻不計(jì).現(xiàn)讓ab桿由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑.,圖4,1,2,3,4,5,(1)求ab桿下滑的最大速度vmax.,解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、安培力公式和牛頓第二定律，,1,2,3,4,5,解析答案,圖4,(2)ab桿由靜止釋放至達(dá)到最大速度的過程中，電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為Q，求該過程中ab桿下滑的距離x及通過電阻R的電荷量q.,1,2,3,4,5,解析答案,圖4,5.形狀如圖5所示的光滑導(dǎo)軌EF、GH等高平行放置，E、G間寬度為F、H間寬度的2倍，虛線右側(cè)導(dǎo)軌水平且處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.ab金屬棒的質(zhì)量為2m、cd金屬棒的質(zhì)量為m，現(xiàn)讓ab從離水平軌道h高處?kù)o止下滑，設(shè)兩種不同間距的導(dǎo)軌都足夠長(zhǎng).求：,1,2,3,4,5,圖5,(1)ab、cd棒的最終速度；,解析答案,解析ab自由