專題五電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題

1、專題五電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題命題趨勢(shì)電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題，涉及力學(xué)知識(shí)（如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功、動(dòng)能定理、動(dòng)量和能量守恒定律等）、電學(xué)知識(shí)（如電磁感應(yīng)定律、楞次定律、直流電路知識(shí)、磁場(chǎng)知識(shí)等）等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，突出考查考生理解能力、分析綜合能力，尤其從實(shí)際問(wèn)題中抽象概括構(gòu)建物理模型的創(chuàng)新能力。因此，本專題涉及的內(nèi)容是歷年高考考查的重點(diǎn)，年年都有考題，且多為計(jì)算題，分值高，難度大，對(duì)考生具有較高的區(qū)分度。因此，本專題是復(fù)習(xí)中應(yīng)強(qiáng)化訓(xùn)練的重要內(nèi)容。教學(xué)目標(biāo)：1 通過(guò)專題復(fù)習(xí)，掌握電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題的分析方法和思維過(guò)程，提高解決學(xué)科內(nèi)綜合問(wèn)題的能力。2 能夠從實(shí)際問(wèn)題中獲取并處理信息，把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化成物理問(wèn)題，提高分析

2、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)重點(diǎn)：掌握電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題的分析方法和思維過(guò)程，提高解決學(xué)科內(nèi)綜合問(wèn)題的能力。教學(xué)難點(diǎn)：從實(shí)際問(wèn)題中獲取并處理信息，把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化成物理問(wèn)題，提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)方法：講練結(jié)合，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)教學(xué)過(guò)程：一、知識(shí)概要1、電磁感應(yīng)的題目往往綜合性較強(qiáng)，與前面的知識(shí)聯(lián)系較多，涉及到力和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)量、能量、直流電路、安培力等多方面的知識(shí)，其具體應(yīng)用可分為以下兩個(gè)方面：（1）受力情況、運(yùn)動(dòng)情況的動(dòng)態(tài)分析。思考方向是：導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電流通電導(dǎo)體受安培力合外力變化加速度變化速度變化感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化”，周而復(fù)始，循環(huán)結(jié)束時(shí)，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。要

3、畫(huà)好受力圖，抓住a=0時(shí)，速度v達(dá)最大值的特點(diǎn)。(2)功能分析，電磁感應(yīng)過(guò)程往往涉及多種能量形勢(shì)的轉(zhuǎn)化。例如：如圖所示中的金屬棒ab沿導(dǎo)軌由靜止下滑時(shí)，重力勢(shì)能減小，一部分用來(lái)克服安培力做功轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能，最終在R上轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為焦耳熱，另一部分轉(zhuǎn)化為金屬棒的動(dòng)能.若導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)，棒最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),重力勢(shì)能用來(lái)克服安培力做功轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能，因此，從功和能的觀點(diǎn)人手，分析清楚電磁感應(yīng)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系，往往是解決電磁感應(yīng)問(wèn)題的重要途徑.2、力學(xué)與本章內(nèi)容結(jié)合的題目以及電學(xué)與本章結(jié)合的題目是復(fù)習(xí)中應(yīng)強(qiáng)化訓(xùn)練的重要內(nèi)容.(1) 電磁感應(yīng)與力和運(yùn)動(dòng)結(jié)合的問(wèn)題，研究方法與力學(xué)相同。首

4、先明確研究對(duì)象，搞清物理過(guò)程。正確地進(jìn)行受力分析，這里應(yīng)特別注意伴隨感應(yīng)電流而產(chǎn)生的安培力：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體受的安培力恒定，變速運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體受的安培力也隨速度(電流)變化其次應(yīng)用相同的規(guī)律求解：勻速運(yùn)動(dòng)可用平衡條件求解變速運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度可用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解，變速運(yùn)動(dòng)的熱量問(wèn)題一般用能量觀點(diǎn)分析，應(yīng)盡量應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決問(wèn)題.(2) 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，應(yīng)用全電路歐姆定律分析問(wèn)題，應(yīng)明確產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，該部分電路的電阻是電源的內(nèi)阻，而其余部分電路則是用電器，是外電路.3、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的電能是其他形勢(shì)的能轉(zhuǎn)化來(lái)的，外力克服安培力做多少功，就有多少

5、電能產(chǎn)生.從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)看，楞次定律描述了其他形式的能通過(guò)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電能的規(guī)律，楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)，電磁感應(yīng)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(yīng)問(wèn)題的重要方法，在復(fù)習(xí)中應(yīng)注意應(yīng)用.4、本章重在考查知識(shí)的理解和應(yīng)用，以及解決與其他知識(shí)相結(jié)合的綜合問(wèn)題的能力.但深刻理解和熟練掌握基本概念和規(guī)律，是解決復(fù)雜問(wèn)題的基礎(chǔ)，沒(méi)有對(duì)基本知識(shí)的深刻理解和熟練掌握，就不可能很好地加以應(yīng)用如“阻礙”一詞不是“阻止”，阻礙的結(jié)果并不是“阻止住”而使其不能變化，只是延緩或減弱了變化的速度又如：產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因不是因?yàn)橛写艙P(yáng)，而是因?yàn)榇磐康淖兓?，磁通量很大不?/p>

6、化，照樣不會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，磁通量的概念如果不清楚，則無(wú)法正確應(yīng)用E=n進(jìn)行感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有關(guān)計(jì)算。3相關(guān)知識(shí)如下表:電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小AtE=BLv感應(yīng)電流的方向楞次定律右手定則用牛頓定律、動(dòng)量觀點(diǎn)、全電路歐姆定律解電學(xué)綜合問(wèn)題和力、電綜合問(wèn)題；用能量觀點(diǎn)解電磁感應(yīng)問(wèn)題二、考題回顧(2004湖南理綜19)一直升飛機(jī)停在南半球的地磁極上空。該處地磁場(chǎng)的方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。直升飛機(jī)螺旋槳葉片的長(zhǎng)度為I，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為f，順著地磁場(chǎng)的方向看螺旋槳，螺旋槳按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。螺旋槳葉片的近軸端為a，遠(yuǎn)軸端為b,如圖所示。如果忽略a到轉(zhuǎn)軸中心線的距離，用E表示

7、每個(gè)葉片中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則2A.E=nflB，且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)B.E=2nf|2B，且a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)2C.E=nflB，且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)9D.E=2nflB,且a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)答案：A(2004北京理綜23題18分)如圖1所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為B的絕緣斜面上，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(kāi)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

8、到的裝置如圖2所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫(huà)出ab桿下滑過(guò)程中某時(shí)刻的受力示意圖；(2) 在加速下滑過(guò)程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小;(3) 求在下滑過(guò)程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值。%”解：（18分）（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(dāng)ab桿速度為v時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv，時(shí)電路電流EBLvab桿受到安培力F二BIL2,2BLv根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，有ma=mgsinv-F=mgsinv2,2BLv解得a=gsinr-B2L2vmR（3）當(dāng)琴上二mgsinr時(shí)，ab桿達(dá)到最大速度VmmgRsin二22b2l2（20

9、04上海22題，14分）水平面上兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌平行固定放置，問(wèn)距為L(zhǎng),端通過(guò)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（見(jiàn)右上圖），金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)；均勻磁場(chǎng)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(dòng)。當(dāng)改變拉力的大小時(shí)，相對(duì)應(yīng)的勻速運(yùn)動(dòng)速度v也會(huì)變化，.2v與F的關(guān)系如右下圖。（取重力加速度g=10m/s）（1）金屬桿在勻速運(yùn)動(dòng)之前做什么運(yùn)動(dòng)？（2）若m=0.5kg,L=0.5m,R=0.5Q;磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大？（3）由vF圖線的截距可求得什么物理量？其值為多少?解.（1）變速運(yùn)動(dòng)（或變加速運(yùn)動(dòng)、加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，加速運(yùn)動(dòng)）（2）感應(yīng)

10、電動(dòng)勢(shì)；-vBL感應(yīng)電流1-RvB2L2安培力Fm-IBL-R由圖線可知金屬桿受拉力、安增力和阻力作用，勻速時(shí)合力為零。22vBLf)由圖線可以得到直線的斜率k=2,B1kR2（T）（3）由直線的截距可以求得金屬桿受到的阻力f,f=2（N）若金屬桿受到的阻力僅為動(dòng)摩擦力，由截距可求得動(dòng)摩擦因數(shù)-0.4（2004廣東15題15分）如圖，在水平面上有兩條平行導(dǎo)電導(dǎo)軌MN、PQ,導(dǎo)軌間距離為l，勻強(qiáng)磁場(chǎng)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B,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m,、m2和Ri、R2,兩桿與導(dǎo)軌接觸良好，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為J，已知：桿1被

11、外力拖動(dòng)，以恒定的速度v0沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)；達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，桿2也以恒定速度沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌的電阻可忽略，求此時(shí)桿2克服摩擦力做功的功率。xxxxxxM121NXXXXXXXXXXV。XXXa和b分別在MN和PQ上，垂直導(dǎo)軌相距足夠遠(yuǎn)，整個(gè)裝置處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感強(qiáng)度為B,開(kāi)始a棒向右速度為v0,b棒靜止，兩棒運(yùn)動(dòng)時(shí)始終保持平行且a總在MN上運(yùn)動(dòng)，b總在PQ上運(yùn)動(dòng),求a、b最終的速度。解題方法與技巧：本題由于兩導(dǎo)軌的寬度不等，a、b系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，可對(duì)a、b分別用動(dòng)量定理。a運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，a、b在安培力的作用下，分別作減速和加速運(yùn)動(dòng).b的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了反電動(dòng)勢(shì)?；芈返腅總二Ea-Eb=2B

12、IVa-BlVb，隨著Va減小，Vb增加，E總減小，安培力F二E總IB/(3R)也隨之減小，故a棒的加速度a二Fa/(2m)減小，b棒的加速度a，=Fb/m也減小。當(dāng)丘總=0，即2BIVa二Blvb時(shí)，兩者加速度為零，兩棒均勻速運(yùn)動(dòng)，且有Vb=2Va,對(duì)a、b分別用動(dòng)量定理對(duì)a、b分別用動(dòng)量定理一Fat=2m(Va_Vb)，F(xiàn)bt=mw,而Fa=2斤，聯(lián)立以上各式可得：Va03聯(lián)立以上各式可得：Va032voVb：3【例題3】如圖所示,abcde和a/b/c/d/e/為兩平行的光滑軌道，其中abcd禾口a/b/c/d/e/部分為處于水平面內(nèi)的導(dǎo)軌，ab與a/b的間距為cd與c/d間距的2倍，d

13、e、de部分為與水平導(dǎo)軌部分處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，彎軌部分處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)外。在靠近aa和CC，處分別放著兩根金屬棒MN、PQ,質(zhì)量分別為2m和m。為使棒PQ沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，且通過(guò)半圓軌道的最高點(diǎn)ee在初始位置必須至少給棒MN以多大的沖量？設(shè)兩段水平面導(dǎo)軌均足夠長(zhǎng)，PQ出磁場(chǎng)時(shí)MN仍在寬導(dǎo)軌道上運(yùn)動(dòng)。2解題方法與技巧：若棒PQ剛能通過(guò)半圓形軌道的最高點(diǎn)eez,則由mg=m,R可得其在最高點(diǎn)時(shí)的速度ve二gR.棒PQ在半圓形軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械能守恒，設(shè)其在dd，的速度為vd,1212由mvdmvemg2R可得：vd=5gR22兩棒在直軌上運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始階段，由于回路中存在感應(yīng)電流，受安培力作用，棒MN速度

14、V2減小，棒PQ速度增大。當(dāng)棒MN的速度V1和棒PQ的速度V2達(dá)到V1-時(shí)，回路中磁通2量不再變化而無(wú)感應(yīng)電流，兩者便做勻速運(yùn)動(dòng)，因而v2=vd=o在有感應(yīng)電流存在時(shí)的每一瞬時(shí)，由F=IIB及MN為PQ長(zhǎng)度的2倍可知，棒MN和PQ所受安培力Fi和F2有關(guān)系Fi=2F2。從而，在回路中存在感應(yīng)電流的時(shí)間t內(nèi)，有Fi=2F2。設(shè)棒MN的初速度為V0,在時(shí)間t內(nèi)分別對(duì)兩棒應(yīng)用動(dòng)量定理，有:-FJ=2mw-2mV0，F(xiàn)2t=my將以上兩式相除，考慮到F2F2，并將Vi、V2的表達(dá)式代入，可得V。=35gR2從而至少應(yīng)給棒MN的沖量：I=2mV0=3m：5gR四、能力訓(xùn)練1如圖所示，在豎直平面內(nèi)的兩根平

15、行金屬導(dǎo)軌，頂端用一電阻R相連，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面。一質(zhì)量為m的金屬棒他們ab以初速度vo沿導(dǎo)軌豎直向上運(yùn)動(dòng)，到某一高度后又返回下行到原處，整個(gè)過(guò)程金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與棒的電阻不計(jì)。則在上行與下行兩個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法不正確的是：A.回到出發(fā)點(diǎn)的速度v大于初速度vo；B.通過(guò)R的最大電流上行大于下行；C電阻R上產(chǎn)生的熱量上行大于下行；D.所用時(shí)間上行小于下行。2如圖所示，長(zhǎng)直導(dǎo)線右側(cè)的矩形線框abed與直導(dǎo)線位于同一平面，當(dāng)長(zhǎng)直導(dǎo)線中的電流發(fā)生如圖所示的變化時(shí)（圖中所示電流方向?yàn)檎絃.向），線框中的感應(yīng)電流與線框受力情況為（ ti到t2時(shí)間內(nèi)，線框內(nèi)電流的方向?yàn)榭蚴芰?/p>

16、向右 ti到t2時(shí)間內(nèi)，線框內(nèi)電流的方向?yàn)閍beda,abeda,0線框受力向左 在t2時(shí)刻，線框內(nèi)電流的方向?yàn)閍beda，線框受力向右 在t3時(shí)刻，線框內(nèi)無(wú)電流，線框不受力 在t2時(shí)刻，線框內(nèi)電流的方向?yàn)閍beda，線框受力向右 在t3時(shí)刻，線框內(nèi)無(wú)電流，線框不受力A.B.C.D.3如圖所示，A、B是兩根互相平行的、固定的長(zhǎng)直通電導(dǎo)線，二者電流大小和方向都相同。一個(gè)矩形閉合金屬線圈與A、B在同一平面內(nèi)，并且ab邊保持與通電導(dǎo)線平行。線圈從圖中的位置1勻速向左移動(dòng)，經(jīng)過(guò)位置2,最后到位置3,其中位置2恰在A、B的正中間。下面的說(shuō)法中正確的是（） 在位置2這一時(shí)刻，穿過(guò)線圈的磁通量為零 在位置2

17、這一時(shí)刻，穿過(guò)線圈的磁通量的變化率為零 從位置1到位置3的整個(gè)過(guò)程中，線圈內(nèi)感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化 從位置1到位置3的整個(gè)過(guò)程中，線圈受到的磁場(chǎng)力的方向保持不變A.A.B.C.D.4如圖所示，豎直放置的螺線管與導(dǎo)線abed構(gòu)成回路，導(dǎo)線所圍區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里的變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，螺線管下方水平桌面上有一導(dǎo)體圓環(huán)，導(dǎo)線abed所圍區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度按下列哪一圖線所表示的方式隨時(shí)間變化時(shí)，導(dǎo)體圓環(huán)將受到向上的磁場(chǎng)作用力（）5如圖（俯視）所示，空間有兩個(gè)沿豎直方向的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度都是B，磁場(chǎng)區(qū)的寬度都是L,邊界線相互平行，左邊磁場(chǎng)的方向豎直向下，右邊磁場(chǎng)的方向豎直向上。一邊長(zhǎng)也為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)線框abed放在光滑水平面上，在水平恒力F作用下沿水平面通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)。線框的be邊始終平行于磁場(chǎng)區(qū)的邊界，力F垂直于線框的be邊，且線框的be邊剛進(jìn)入左邊磁場(chǎng)時(shí)和線框的ad邊將離開(kāi)右邊磁場(chǎng)時(shí)，線框都恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)線框中的電流為i。試在右面Ix坐標(biāo)平面上，定性畫(huà)出從導(dǎo)線框剛進(jìn)入到完全離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中，線框內(nèi)的電流i隨be邊位置的坐標(biāo)x變化的曲線。6兩根金屬導(dǎo)軌平行放置在傾角為0=30。的斜面上，導(dǎo)軌左端接有電阻R=10Q，導(dǎo)軌自身電阻忽略不計(jì)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于斜面向上，磁感強(qiáng)度B=0.5T。質(zhì)量為m=O.1kg，電阻可不計(jì)的金屬棒ab靜止釋放，沿導(dǎo)軌下滑。金