高三物理專題4電磁感應(yīng)與電路的分析教案(3星級(jí))

1、上海龍文教育物理學(xué)科導(dǎo)學(xué)案（第 次課）教師: 學(xué)生: 年級(jí): 日期: 星期: 時(shí)段: 課 題第4專題 電磁感應(yīng)與電路的分析 教學(xué)目標(biāo)見正文 教學(xué)重點(diǎn)見正文 教學(xué)難點(diǎn)見正文教學(xué)方法 講述法、歸納法學(xué)習(xí)內(nèi)容與過程知識(shí)網(wǎng)絡(luò)考點(diǎn)預(yù)測(cè)本專題包含以“電路”為核心的三大主要內(nèi)容：一是以閉合電路歐姆定律為核心的直流電路的相關(guān)知識(shí)，在高考中有時(shí)以選擇題的形式出現(xiàn)。要點(diǎn)歸納一、電路分析與計(jì)算1部分電路總電阻的變化規(guī)律(1)無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，其總電阻都會(huì)隨其中任一電阻的增大(減小)而增大(減小)(2)分壓電路的電阻如圖51所示，在由R1和R2組成的分壓電路中，當(dāng)R1串聯(lián)部分的阻值RAP增大時(shí)，總電阻RAB

2、增大；當(dāng)RAP減小時(shí)，總電阻RAB減小圖51(3)雙臂環(huán)路的阻值如圖52 所示，在由R1、R2和R組成的雙臂環(huán)路中，當(dāng)AR1P 支路的阻值和AR2P支路的阻值相等時(shí)，RAB最大；當(dāng)P滑到某端，使兩支路的阻值相差最大時(shí)，RAB最小圖522復(fù)雜電路的簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)雜電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，畫出其等效電路圖是正確識(shí)別電路、分析電路的重要手段常用的方法主要有以下兩種(1)分流法(電流追蹤法)：根據(jù)假設(shè)的電流方向，分析電路的分支、匯合情況，從而確定元件是串聯(lián)還是并聯(lián)(2)等勢(shì)法：從電源的正極出發(fā)，凡是用一根無電阻的導(dǎo)線把兩點(diǎn)(或幾點(diǎn))連接在一起的，這兩點(diǎn)(或幾點(diǎn))的電勢(shì)就相等，在畫等效電路圖時(shí)可以將這些點(diǎn)畫成一點(diǎn)(或畫

3、在一起)等電勢(shì)的另一種情況是，電路中的某一段電路雖然有電阻(且非無限大)，但無電流通過，則與該段電路相連接的各點(diǎn)的電勢(shì)也相等若電路中有且只有一處接地線，則它只影響電路中各點(diǎn)的電勢(shì)值，不影響電路的結(jié)構(gòu)；若電路中有兩處或兩處以上接地線，則它除了影響電路中各點(diǎn)的電勢(shì)外，還會(huì)改變電路的結(jié)構(gòu)，各接地點(diǎn)可認(rèn)為是接在同一點(diǎn)上另外，在一般情況下，接電流表處可視為短路，接電壓表、電容器處可視為斷路3歐姆定律(1)部分電路歐姆定律：公式I注意：電路的電阻R并不由U、I決定(2)閉合電路歐姆定律：公式I或EUIr，其中UIR為路端電壓路端電壓U和外電阻R、干路電流I之間的關(guān)系：R增大，U增大，當(dāng)R時(shí)(斷路)，I0，

4、UE；R減小，U減小，當(dāng)R0時(shí)(短路)，IImax，U0(3)在閉合電路中，任一電阻Ri的阻值增大(電路中其余電阻不變)，必將引起通過該電阻的電流Ii的減小以及該電阻兩端的電壓Ui的增大，反之亦然；任一電阻Ri的阻值增大，必將引起與之并聯(lián)的支路中電流I并的增大，與之串聯(lián)的各電阻兩端電壓U串的減小，反之亦然4幾類常見的功率問題(1)與電源有關(guān)的功率和電源的效率電源的功率P：電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，也稱為電源的總功率計(jì)算式為PEI(普遍適用)或PI2(Rr)(只適用于外電路為純電阻的電路)電源內(nèi)阻消耗的功率P內(nèi)：電源內(nèi)阻的熱功率，也稱為電源的損耗功率計(jì)算式為P內(nèi)I2r電源的輸出功率P出

5、：是指外電路上消耗的功率計(jì)算式為P出U外I(普遍適用)或P出I2R(只適用于外電路為純電阻的電路)電源的輸出功率曲線如圖53所示當(dāng)R0時(shí)，輸出功率P0；當(dāng)R時(shí)，輸出功率P0；當(dāng)Rr時(shí)， Pmax；當(dāng)Rr 時(shí)，R增大，輸出功率增大；當(dāng)Rr時(shí)，R增大，輸出功率反而減小圖53對(duì)于E、r一定的電源，外電阻R一定時(shí)，輸出功率只有唯一的值；輸出功率P一定時(shí)，一般情況下外電阻有兩個(gè)值R1、R2與之對(duì)應(yīng)，即R1r、R2r，可以推導(dǎo)出R1、R2的關(guān)系為r功率分配關(guān)系：PP出P內(nèi)，即EIUII2r閉合電路中的功率分配關(guān)系反映了閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化和守恒關(guān)系，即電源提供的電能一部分消耗在內(nèi)阻上，另一部分輸出給外電路

6、，并在外電路上轉(zhuǎn)化為其他形式的能能量守恒的表達(dá)式為EItUItI2rt(普遍適用)或EItI2RtI2rt(只適用于外電路為純電阻的電路)電源的效率：×100%×100%對(duì)純電阻電路有：×100%×100%×100%因此當(dāng)R增大時(shí)，效率提高(2)用電器的額定功率和實(shí)際功率用電器在額定電壓下消耗的電功率叫額定功率，即P額U額I額用電器在實(shí)際電壓下消耗的電功率叫實(shí)際功率，即P實(shí)U實(shí)I實(shí)實(shí)際功率不一定等于額定功率(3)用電器的功率與電流的發(fā)熱功率用電器的電功率PUI，電流的發(fā)熱功率P熱I2R對(duì)于純電阻電路，兩者相等；對(duì)于非純電阻電路，電功率大于熱功率

7、(4)輸電線路上的損耗功率和輸電功率輸電功率P輸U(kuò)輸I，損耗功率P線I2R線UI二、電磁感應(yīng)的規(guī)律1感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件及方向的判斷(1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(兩種說法)閉合回路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化(2)感應(yīng)電流方向的判斷右手定則：當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則判斷導(dǎo)體中電流的方向比較方便注意右手定則與左手定則的區(qū)別，抓住“因果關(guān)系”：“因動(dòng)而電”，用右手定則；“因電而動(dòng)”，用左手定則還可以用“左因右果”或“左力右電”來記憶，即電流是原因、受力運(yùn)動(dòng)是結(jié)果的用左手定則；反之，運(yùn)動(dòng)是原因、產(chǎn)生電流是結(jié)果的用右手定則楞次定律(兩種表述方式)表述一：感應(yīng)電流的磁

8、場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化表述二：感應(yīng)電流的作用效果總是要反抗引起感應(yīng)電流的原因楞次定律是判斷感應(yīng)電流方向的一般規(guī)律當(dāng)磁通量的變化引起感應(yīng)電流時(shí)，可用“楞次定律表述一”來判斷其方向應(yīng)用楞次定律的關(guān)鍵是正確區(qū)分涉及的兩個(gè)磁場(chǎng)：一是引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)；二是感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)理解兩個(gè)磁場(chǎng)的阻礙關(guān)系“阻礙”的是原磁場(chǎng)磁通量的變化從能量轉(zhuǎn)化的角度看，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的過程就是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程，而這一過程總要伴隨外力克服安培力做功“阻礙”的含義可推廣為三種表達(dá)方式：阻礙原磁通量的變化(增反減同)；阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(來拒去留)；阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)2正確理解法拉第電磁感應(yīng)定

9、律(1)法拉第電磁感應(yīng)定律電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過這一回路的磁通量的變化率成正比，即En此公式計(jì)算的是t時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式為：EBLvsin ，式中的為B與v正方向的夾角若v是瞬時(shí)速度，則算出的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若v為平均速度，則算出的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2)磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的區(qū)別磁通量磁通量的變化量磁通量的變化率物理意義某時(shí)刻穿過某個(gè)面的磁感線的條數(shù)某段時(shí)間內(nèi)穿過某個(gè)面的磁通量變化穿過某個(gè)面的磁通量變化的快慢大小BSn，其中Sn是與B垂直的面的面積21B·SS·BB或S注意若穿過某個(gè)面有方向相反的磁

10、場(chǎng)，則不能直接用BS求解，應(yīng)考慮相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量開始時(shí)和轉(zhuǎn)過180°時(shí)平面都與磁場(chǎng)垂直，穿過平面的磁通量是一正一負(fù)，2BS，而不是零既不表示磁通量的大小，也不表示變化的多少實(shí)際上，它就是單匝線圈上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，即E附注對(duì)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞處于線圈平面內(nèi)且垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈：線圈平面與磁感線平行時(shí)，0，但最大線圈平面與磁感線垂直時(shí)，最大，但0大或大，都不能保證就大；反過來，大時(shí)，和也不一定大這類似于運(yùn)動(dòng)學(xué)中的v、v及三者之間的關(guān)系(3)另外兩種常見的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒沿垂直于磁場(chǎng)的方向放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且以勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)

11、勢(shì)為：當(dāng)以中點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，E0(以中點(diǎn)平分的兩段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和為零)；當(dāng)以端點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，EBL2(平均速度取中點(diǎn)位置的線速度，即L)；當(dāng)以任意點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，EB(L12L22)(不同的兩段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和)面積為S的矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度繞線圈平面內(nèi)的垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：線圈平面與磁感線平行時(shí)，EBS；線圈平面與磁感線垂直時(shí)，E0；線圈平面與磁感線的夾角為時(shí)，EBScos (3)理解法拉第電磁感應(yīng)定律的本質(zhì)法拉第電磁感應(yīng)定律是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁學(xué)中的一個(gè)具體應(yīng)用，它遵循能量守恒定律閉合電路中電能的產(chǎn)生必須以消

12、耗一定量的其他形式的能量為代價(jià)，譬如：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)上是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程；變壓器是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能的轉(zhuǎn)移運(yùn)用能量的觀點(diǎn)來解題是解決物理問題的重要方法，也是解決電磁感應(yīng)問題的有效途徑三、電磁感應(yīng)與電路的綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)中由于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此導(dǎo)體相當(dāng)于電源整個(gè)回路便形成了閉合電路，由電學(xué)知識(shí)可求出各部分的電學(xué)量，而導(dǎo)體因有電流而受到安培力的作用，從而可以與運(yùn)動(dòng)學(xué)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、能量守恒等知識(shí)相聯(lián)系電磁感應(yīng)與電路的綜合應(yīng)用是高考中非常重要的考點(diǎn)熱點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)一、電路問題1電路的動(dòng)態(tài)分析這類問題是根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)和并聯(lián)電路的性質(zhì)

13、，分析電路中因某一電阻變化而引起的整個(gè)電路中各部分電學(xué)量的變化情況，它涉及歐姆定律、串聯(lián)和并聯(lián)電路的特點(diǎn)等重要的電學(xué)知識(shí)，還可考查學(xué)生是否掌握科學(xué)分析問題的方法動(dòng)態(tài)電路局部的變化可以引起整體的變化，而整體的變化決定了局部的變化，因此它是高考的重點(diǎn)與熱點(diǎn)之一常用的解決方法如下(1)程序法：基本思路是“部分整體部分”先從電路中阻值變化的部分入手，由串聯(lián)和并聯(lián)規(guī)律判斷出R總的變化情況；再由歐姆定律判斷I總和U端的變化情況；最后再由部分電路歐姆定律判定各部分電學(xué)量的變化情況即：R局R總I總U端(2)直觀法：直接應(yīng)用部分電路中R、I、U的關(guān)系中的兩個(gè)結(jié)論任一電阻R的阻值增大，必引起該電阻中電流I的減小和

14、該電阻兩端電壓U的增大，即：R任一電阻R的阻值增大，必將引起與之并聯(lián)的支路中電流I并的增大和與之串聯(lián)的各電阻兩端的電壓U串的減小，即：R(3)極端法：對(duì)于因滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)引起電路變化的問題，可將變阻器的滑片分別滑至兩邊頂端討論(4)特殊值法：對(duì)于某些雙臂環(huán)路問題，可以代入特殊值去判定，從而找出結(jié)論例1在如圖54所示的電路中，當(dāng)變阻器R3的滑片P向b端移動(dòng)時(shí)()圖54A電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小B電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大C電壓表和電流表的示數(shù)都增大D電壓表和電流表的示數(shù)都減小【解析】方法一(程序法)當(dāng)滑片P向b端移動(dòng)時(shí)，R3接入電路的阻值減小，總電阻R將減小，干路電流增大

15、，路端電壓減小，電壓表的示數(shù)減小，R1和內(nèi)阻兩端的電壓增大，R2、R3并聯(lián)部分兩端的電壓減小，通過R2的電流減小，但干路電流增大，因此通過R3的電流增大，電流表的示數(shù)增大，故選項(xiàng)B正確方法二(極端法)當(dāng)滑片P移到b端時(shí)R3被短路，此時(shí)電流表的示數(shù)最大，總電阻最小，路端電壓最小，故選項(xiàng)B正確方法三(直觀法)當(dāng)滑片P向b移動(dòng)時(shí)，R3接入電路的電阻減小，由部分電路中R、I、U關(guān)系中的兩個(gè)結(jié)論可知，該電阻中的電流增大，電流表的示數(shù)增大，總電阻減小，路端電壓減小，故選項(xiàng)B正確答案B【點(diǎn)評(píng)】在進(jìn)行電路的動(dòng)態(tài)分析時(shí)，要靈活運(yùn)用幾種常用的解決此類問題的方法2電路中幾種功率與電源效率問題(1)電源的總功率：P總

16、EI(2)電源的輸出功率：P出UI(3)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率：P內(nèi)I2r(4)電源的效率：(5)電源的最大功率：Pmax，此時(shí)0，嚴(yán)重短路(6)當(dāng)Rr時(shí)，輸出功率最大，P出max，此時(shí)50%例2如圖55所示，E8 V，r2 ，R18 ，R2為變阻器接入電路中的有效阻值，問：圖55(1)要使變阻器獲得的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？這時(shí)R2的功率是多大？(2)要使R1得到的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？R1的最大功率是多大？這時(shí)電源的效率是多大？(3)調(diào)節(jié)R2的阻值，能否使電源以最大的功率輸出？為什么？【解析】(1)將R1和電源(E，r)等效為一新電源，則：新電源的電動(dòng)勢(shì)EE8 V內(nèi)阻rr

17、R110 ，且為定值利用電源的輸出功率隨外電阻變化的結(jié)論知，當(dāng)R2r10 時(shí)，R2有最大功率，即：P2max W1.6 W(2)因R1是定值電阻，所以流過R1的電流越大，R1的功率就越大當(dāng)R20時(shí)，電路中有最大電流，即：Imax0.8 AR1有最大功率P1maxImax2R15.12 W這時(shí)電源的效率×100%80%(3)不可能因?yàn)榧词筊20，外電阻R1也大于r，不可能有的最大輸出功率本題中，當(dāng)R20時(shí)，外電路得到的功率最大答案(1)10 1.6 W(2)05.12 W80%(3)不可能，理由略【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查學(xué)生對(duì)電源的輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律的理解和運(yùn)用注意：求R1的最大功

18、率時(shí)，不能把R2等效為電源的內(nèi)阻，R1的最大功率不等于，因?yàn)镽1為定值電阻故求解最大功率時(shí)要注意固定電阻與可變電阻的區(qū)別另外，也要區(qū)分電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r均不變與r變化時(shí)的差異3含容電路的分析與計(jì)算方法在直流電路中，當(dāng)電容器充放電時(shí)，電路里有充放電電流，一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無限大的儲(chǔ)能元件對(duì)于直流電，電容器相當(dāng)于斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它，簡(jiǎn)化后求電容器所帶的電荷量時(shí)，可將其接在相應(yīng)的位置上；而對(duì)于交變電流，電容器相當(dāng)于通路在分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：(1)電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以此支路中的電阻上無電壓降，因此電容器兩極間

19、的電壓就等于該支路兩端的電壓；(2)當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩端的電壓和與其并聯(lián)的電阻兩端的電壓相等；(3)電路的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充放電例3 在如圖56所示的電路中，電容器C14.0 F，C23.0 F，電阻R18.0 ，R26.0 閉合開關(guān)S1，給電容器C1、C2充電，電路達(dá)到穩(wěn)定后，再閉合開關(guān)S2，電容器C1的極板上所帶電荷量的減少量與電容器C2的極板上所帶電荷量的減少量之比是1615開關(guān)S2閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為1.0 A求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻圖56【解析】只閉合開關(guān)S1時(shí)，電容器C1的電荷量Q1C1E，C2的電荷量Q2C2E，式中E為電源的電動(dòng)勢(shì)再閉合開關(guān)

20、S2后，電流表的示數(shù)為I，則C1的電荷量Q1C1IR1，C2的電荷量Q2C2IR2根據(jù)題意有：由閉合電路的歐姆定律，有：EI(R1R2r)聯(lián)立解得：E16 V，r2.0 答案16 V2.0 【點(diǎn)評(píng)】本題是一個(gè)典型的含電容器的直流電路問題，考查了學(xué)生對(duì)等效電路和電容器的充電、放電電路的理解及綜合分析能力4交變電流與交變電路問題縱觀近幾年的高考試題，本部分內(nèi)容出現(xiàn)在選擇題部分的概率較高，集中考查含變壓器電路、交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律、最大值與有效值如2009年高考四川理綜卷第17題、山東理綜卷第17題、福建理綜卷第16題等例4一氣體放電管兩電極間的電壓超過500 V時(shí)就會(huì)因放電而發(fā)光若在它發(fā)光的情

21、況下逐漸降低電壓，則要降到 500 V 時(shí)才會(huì)熄滅放電管的兩電極不分正負(fù)現(xiàn)有一正弦交流電源，其輸出電壓的峰值為1000 V，頻率為50 Hz若用它給上述放電管供電，則在一小時(shí)內(nèi)放電管實(shí)際發(fā)光的時(shí)間為()A10 minB25 minC30 minD35 min【解析】由題意知，該交變電流的ut圖象如圖所示電壓的表達(dá)式為：u1000sin 100t V綜合圖象可知：在0內(nèi)，時(shí)間段放電管能通電發(fā)光，通電時(shí)間為：ti() s故一小時(shí)內(nèi)放電管實(shí)際發(fā)光的時(shí)間為：tti×1500 s25 min答案B【點(diǎn)評(píng)】交變電流的熱效應(yīng)(如熔斷、加熱等)取決于有效值，而對(duì)電容、空氣導(dǎo)電的擊穿則取決于瞬時(shí)值分析

22、正弦交變電流的特性時(shí)需要熟練地運(yùn)用數(shù)學(xué)函數(shù)與圖象，仔細(xì)周密地分析正弦函數(shù)中角度與變量時(shí)間的關(guān)系同類拓展1如圖57甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，R120 ，R230 ，C為電容器已知通過R1的正弦交變電流如圖57乙所示，則2009年高考·四川理綜卷()甲乙圖57A交變電流的頻率為0.02 HzB原線圈輸入電壓的最大值為200 VC電阻R2的電功率約為6.67 WD通過R3的電流始終為零【解析】根據(jù)變壓器原理可知，原、副線圈中電流的周期、頻率相同，T0.020 s，f50 Hz，A錯(cuò)誤由乙圖可知，通過R1的電流最大值Im1 A，根據(jù)歐姆定律可知，其最大電壓Um20 V，再

23、根據(jù)原、副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比可知，原線圈的輸入電壓的最大值為200 V，B錯(cuò)誤因?yàn)殡娙萜饔型ń涣?、隔直流的作用，故有電流通過R3和電容器，D錯(cuò)誤根據(jù)正弦交變電流的峰值與有效值的關(guān)系以及并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知I2，U2，R2上的電功率P2U2I2 W，C正確答案C 例5某種發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)平面圖如圖58甲所示，永磁體的內(nèi)側(cè)為圓柱面形，磁極之間上下各有圓心角30°的扇形無磁場(chǎng)區(qū)域，其他區(qū)域兩極與圓柱形鐵芯之間的窄縫間形成B0.5 T的磁場(chǎng)在窄縫里有一個(gè)如圖58乙所示的U形導(dǎo)線框abcd已知線框ab和cd邊的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)10.3 m，bc邊的長(zhǎng)度L20.4 m，線框以 rad/s的角速度

24、順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)圖58甲圖58乙(1)從bc邊轉(zhuǎn)到圖甲所示的H側(cè)磁場(chǎng)邊緣時(shí)開始計(jì)時(shí)，求t2×103 s 時(shí)刻線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小；畫出a、d兩點(diǎn)的電勢(shì)差Uad隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖象(感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，Uad的正值表示UaUd)(2)求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值【解析】(1)由題意知線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的周期T1.2×102 st2×103 s時(shí)刻bc邊還在磁場(chǎng)中，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：BL2L131.4 V根據(jù)bc邊在磁場(chǎng)區(qū)與非磁場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間可畫出 Uadt 圖象如圖58丙所示圖58丙(2)設(shè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E，當(dāng)bc邊外接純電阻R時(shí)，考慮內(nèi)的熱效應(yīng)得：Q

25、×T×解得：E28.7 V答案(1)31.4 V如圖58丙所示(2)28.7 V二、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)用問題不僅涉及法拉第電磁感應(yīng)定律，還涉及力學(xué)、熱學(xué)、靜電場(chǎng)、直流電路、磁場(chǎng)等許多知識(shí)電磁感應(yīng)的綜合題有兩種基本類型：一是電磁感應(yīng)與電路、電場(chǎng)的綜合；二是發(fā)生電磁感應(yīng)的導(dǎo)體的受力和運(yùn)動(dòng)以及功能問題的綜合也有這兩種基本類型的復(fù)合題，題中電磁現(xiàn)象與力現(xiàn)象相互聯(lián)系、相互影響、相互制約，其基本形式如下：注意：(1)求解一段時(shí)間內(nèi)流過電路某一截面的電荷量要用電流的平均值；(2)求解一段時(shí)間內(nèi)的熱量要用電流的有效值；(3)求解瞬時(shí)功率要用瞬時(shí)值，求解平均功率要用有

26、效值1電磁感應(yīng)中的電路問題在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于電源因此，電磁感應(yīng)問題往往與電路問題聯(lián)系在一起解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法如下：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向；(2)畫等效電路圖，注意區(qū)別內(nèi)外電路，區(qū)別路端電壓、電動(dòng)勢(shì)；(3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路性質(zhì)以及電功率等公式聯(lián)立求解2感應(yīng)電路中電動(dòng)勢(shì)、電壓、電功率的計(jì)算例6如圖59甲所示，水平放置的U形金屬框架中接有電源，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r現(xiàn)在框架上放置一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬桿，它可以在框架上無摩擦地滑動(dòng)，框架兩邊相距

27、L，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向上ab桿受到水平向右的恒力F后由靜止開始向右滑動(dòng)，求：圖59甲(1)ab桿由靜止啟動(dòng)時(shí)的加速度(2)ab桿可以達(dá)到的最大速度vm(3)當(dāng)ab桿達(dá)到最大速度vm時(shí)，電路中每秒放出的熱量Q【解析】(1)ab滑動(dòng)前通過的電流：I受到的安培力F安，方向水平向左所以ab剛運(yùn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)加速度為：a1(2)ab運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生的感應(yīng)電流與原電路電流相同，到達(dá)最大速度時(shí)，感應(yīng)電路如圖59乙所示此時(shí)電流Im圖59乙由平衡條件得：FBImL故可得：vm(3)方法一由以上可知，Im由焦耳定律得：QIm2(Rr)方法二由能量守恒定律知，電路每秒釋放的熱量等于電源的總功率加上恒力F所做

28、的功率，即：QE·ImF·vm答案(1)(2)(3)【點(diǎn)評(píng)】本例全面考查了感應(yīng)電路的特點(diǎn)，特別是對(duì)于電功率的解析，通過對(duì)兩種求解方法的對(duì)比能很好地加深對(duì)功能關(guān)系的理解ab棒運(yùn)動(dòng)的vt圖象如圖59丙所示圖59丙3電磁感應(yīng)中的圖象問題電磁感應(yīng)中的圖象大致可分為以下兩類(1)由給定的電磁感應(yīng)過程確定相關(guān)物理量的函數(shù)圖象一類常見的情形是在某導(dǎo)體受恒力作用做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)中，該導(dǎo)體由于安培力的作用往往做加速度越來越小的變加速運(yùn)動(dòng)，圖象趨向于一漸近線(2)由給定的圖象分析電磁感應(yīng)過程，確定相關(guān)的物理量無論何種類型問題，都需要綜合運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、右手定則

29、、安培定則等規(guī)律來分析相關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，確定其大小和方向及在坐標(biāo)系中的范圍，同時(shí)應(yīng)注意斜率的物理意義例7青藏鐵路上安裝的一種電磁裝置可以向控制中心傳輸信號(hào)，以確定火車的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其原理是將能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖58甲所示(俯視圖)當(dāng)它經(jīng)過安放在兩鐵軌間的線圈時(shí)，線圈便產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)傳輸給控制中心線圈邊長(zhǎng)分別為l1和l2，匝數(shù)為n，線圈和傳輸線的電阻忽略不計(jì)若火車通過線圈時(shí)，控制中心接收到線圈兩端的電壓信號(hào)u與時(shí)間t的關(guān)系如圖510乙所示(ab、cd為直線)，t1、t2、t3、t4是運(yùn)動(dòng)過程的四個(gè)時(shí)刻，則下列說法正確的是()圖510A火車在t1t2時(shí)間內(nèi)做

30、勻加速直線運(yùn)動(dòng)B火車在t3t4時(shí)間內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)C火車在t1t2時(shí)間內(nèi)的加速度大小為D火車在t3t4時(shí)間內(nèi)的平均速度的大小為【解析】信號(hào)電壓unBl1v，由ut圖象可知，火車在t1t2和t3t4時(shí)間內(nèi)都做勻加速直線運(yùn)動(dòng)在t1t2時(shí)間內(nèi)，a1，在t3t4時(shí)間內(nèi)的平均速度，故B、D錯(cuò)誤答案AC【點(diǎn)評(píng)】從題圖可以看出，在t3t4時(shí)間內(nèi)的ut圖線關(guān)于t軸的對(duì)稱線與t1t2時(shí)間內(nèi)的ut圖線在同一直線上，由此可判斷，火車在0t4時(shí)間內(nèi)一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的可能性很大例6如圖511甲所示，兩個(gè)垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相反，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度均為a一正三角形(高為a)導(dǎo)線框ACD從圖示

31、位置沿圖示方向勻速穿過兩磁場(chǎng)區(qū)域以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?，則圖511乙中能正確表示感應(yīng)電流i與線框移動(dòng)的距離x之間的關(guān)系的圖象是()圖511甲圖511乙【解析】如圖511丙所示，當(dāng)xa時(shí)，線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度等于線框內(nèi)磁場(chǎng)邊界的長(zhǎng)度圖511丙故有E12Bvxtan 30°當(dāng)ax2a時(shí)，線框在左右兩磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向相同，且都與xa 時(shí)相反故E24Bv(xa)·tan 30°當(dāng)2ax3a時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與xa時(shí)相同故E32Bv(x2a)tan 30°答案C同類拓展2如圖512甲所示，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l

32、，左側(cè)接一阻值為R的電阻區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度為s一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F0.5v0.4(N)(v為金屬棒速度)的水平外力作用，從磁場(chǎng)的左邊界由靜止開始運(yùn)動(dòng)，測(cè)得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大(已知：l1 m，m1 kg，R0.3 ，r0.2 ，s1 m)圖512甲(1)分析并說明該金屬棒在磁場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小(3)若撤去外力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足vv0x，且棒在運(yùn)動(dòng)到ef處時(shí)恰好靜止，則外力F作用的時(shí)間為多少？(4)若在棒未出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去外力，畫出棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度隨位移變

33、化所對(duì)應(yīng)的各種可能的圖線2009年高考·上海物理卷【解析】(1)金屬棒做勻加速運(yùn)動(dòng)，R兩端的電壓UIEv，U隨時(shí)間均勻增大，即v隨時(shí)間均勻增大，故加速度為恒量(2)Fvma，將F0.5v0.4代入得：v0.4ma因?yàn)榧铀俣葹楹懔?，與v無關(guān)，m1 kg所以0.50，a0.4 m/s2代入數(shù)據(jù)得：B0.5 T(3)x1at2v0x2atx1x2s故at2ats代入數(shù)據(jù)得：0.2t20.8t10解方程得：t1 s(4)速度隨位移變化的可能圖象如圖510乙所示圖512乙答案(1)略(2)0.5 T(3)1 s(4)如圖512乙所示4電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)、功能問題電磁感應(yīng)中，通有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在

34、磁場(chǎng)中將受到安培力的作用，因此電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等問題聯(lián)系在一起電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的解題思路如下：例7如圖513所示，光滑斜面的傾角為，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)為l1，bc邊的長(zhǎng)為l2，線框的質(zhì)量為m、電阻為R，線框通過細(xì)線與重物相連， 重物的質(zhì)量為M，斜面上ef線(ef平行底邊)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)寬度大于l2)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B如果線框從靜止開始運(yùn)動(dòng)，且進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間是做勻速運(yùn)動(dòng)，則()圖513A線框abcd進(jìn)入磁場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的加速度為 B線框在進(jìn)入磁場(chǎng)過程中的運(yùn)動(dòng)速度vC線框做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為D該過程產(chǎn)生的焦耳熱Q(Mgmgsin )

35、l1【解析】設(shè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的加速度為a，細(xì)線的張力為FT，有：MgFTMaFTmgsin ma解得：a設(shè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中的速度為v，由平衡條件得：Mgmgsin 解得：v故線框做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1這一過程產(chǎn)生的焦耳熱等于電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化的電能，等于克服安培力做的功，等于系統(tǒng)機(jī)械能的減小量，即：QMgl2mgl2sin (Mgmgsin )l2答案BC【點(diǎn)評(píng)】求線框受恒定拉力作用下進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后達(dá)到的最大速度在高中物理試題中較為常見這類問題求轉(zhuǎn)化的電能往往有三種方法：一是t；二是，克服安培力做的功；三是，根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律經(jīng)典考題1某實(shí)物投影機(jī)有10個(gè)相同的強(qiáng)光燈L1L10(24 V200 W)和10個(gè)相同的指示燈X1X10(220 V2 W)，將其連接在220 V交流電源上，電路圖如圖所示若工