高三物理電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用

1、名師支招： (1)對電學(xué)對象要畫好必要的等效電路圖。 (2)對力學(xué)對象要畫好必要的受力分析圖和過程示意圖。 (3)電磁感應(yīng)中切割磁感線的導(dǎo)體要運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電流又要受到安培力的作用。在安培力作用下，導(dǎo)體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，這就可能需要應(yīng)用牛頓運動定律。電磁感應(yīng)的過程也是能量相互轉(zhuǎn)化的過程，所以在分析解決電磁感應(yīng)問題時，經(jīng)常要用到動能定理、能量守恒定律。要點一 電磁感應(yīng)綜合問題中的兩個研究對象及其之間的相互制約關(guān)系學(xué)案3 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用 1.運動的動態(tài)分析要點二 電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題中的運動的動態(tài)分析和能量轉(zhuǎn)化特點其他形式的能(如：內(nèi)能)名師支招： 在利用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決電磁感應(yīng)的

2、問題時,要注意分析安培力做功的情況,因為安培力的功是電能和其他形式的能之間相互轉(zhuǎn)化的“橋梁”。簡單表示如下：電能 其他形式能。W安0W安0其他形式的能(如：機械能)安培力做負(fù)功電能電流做功 2.能量轉(zhuǎn)化特點【例1】矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙 面向里，磁感應(yīng)強度B隨時間變化的規(guī)律如圖9-3-1所示。若規(guī)定順時針方向為感應(yīng)電流i的正方向，下列 各圖中正確的是( )熱點一 電磁感應(yīng)中的圖象問題 【名師支招】(1)電磁感應(yīng)中的圖象問題能綜合考查運用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向，運用法拉第電磁感應(yīng)定律確定感應(yīng)電動勢(或感應(yīng)電流)的大小，以及

3、對圖象的理解和識別能力，因此一直是高考命題的熱點之一。 (2)求解電磁感應(yīng)中的圖象問題時，必須明確三個方面，一是縱橫坐標(biāo)分別表示什么物理量；二是明確正方向，只有明確了正方向，才能確定物理量的正負(fù)；三是明確研究過程。 【解析】01 s內(nèi)B垂直紙面向里均勻增大，則由楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律可得線圈中產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，方向為逆時針方向，排除A、C選項；2 s3 s內(nèi)，B垂直紙面向外均勻增大，同理可得線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為順時針方向，排除B選項，D正確。D圖9-3-1如圖9-3-2所示，LOOL為一折線，它所形成的兩個角LOO和OOL均為45，折線的右邊有一勻強磁場，其方向垂直于紙面向里。一

4、邊長為l的正方形導(dǎo)線框沿垂直于OO的方向以速度v做勻速直線運動，在t=0時刻恰好位于圖中所示位置。以逆時針方向為導(dǎo)線框中電流的正方向，在下面四幅圖中能夠正確表示電流時間(l/v)關(guān)系的是(時間以l/v為單位)( )A. B.C. D. 1圖9-3-2D【例2】2009年高考福建理綜卷如圖9-3-3所示，固定放置在同一水平面內(nèi)的兩根平行長直金屬導(dǎo)軌的間距 為d，其右端接有阻值為R的電阻，整個裝置處在豎直向上磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中。一質(zhì)量為m (質(zhì)量分布均勻)的導(dǎo)體桿ab垂直于導(dǎo)軌放置，且與兩導(dǎo)軌保持良好接觸，桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為。 現(xiàn)桿在水平向左、垂直于桿的恒力F作用下從靜止開始沿

5、導(dǎo)軌運動距離l時，速度恰好達(dá)到最大(運動過程中 桿始終與導(dǎo)軌保持垂直)。設(shè)桿接入電路的電阻為r，導(dǎo)軌電阻不計，重力加速度大小為g。則此過程( ) A.桿的速度最大值為(F-mg)R/(B2d2) B.流過電阻R的電量為Bdl/(R+r) C.恒力F做的功與摩擦力做的功之和等于桿動能的變化量 D.恒力F做的功與安培力做的功之和大于桿動能的變化量熱點二 電磁感應(yīng)中的動態(tài)分析問題 【名師支招】解決動態(tài)問題的基本方法： 受力分析運動分析(確定運動過程和最終的穩(wěn)定狀態(tài))由牛頓第二定律列方程求解。 運動的動態(tài)結(jié)構(gòu)： 導(dǎo)體受力運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢感應(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)電動勢變

6、化，最終加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運動狀態(tài)，要抓住a=0時，速度v達(dá)最大值的特點。 【解析】本題考查受力分析、電磁感應(yīng)、能量守恒等知識，主要考查學(xué)生理解、推理能力。當(dāng)v最大時有F=f+F安，即F=mg+B2d2v/(R+r),v=(F-mg)(R+r)/(B2d2);通過電阻R的電量q=/(R+r)=Bdl/(R+r);由動能定理有WF+Wf+WF安=Ek,其Wf0,WF安0,故B、D對。B D圖9-3-3 2【答案】 如圖9-3-4所示，在一對平行光滑的金屬導(dǎo)軌的上端連接一阻值為R的固定電阻，兩導(dǎo)軌所決定的平面與水平面成30角。今將一質(zhì)量為m、長為l的導(dǎo)體棒ab垂直放于導(dǎo)軌上，并使其由靜止開

7、始下滑。已知導(dǎo)體棒電阻為r，整個裝置處于垂直于導(dǎo)軌平面的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B。求導(dǎo)體棒最終下滑的速度及電阻R最終發(fā)熱功率分別為多少？圖9-3-4【例3】如圖9-3-5所示，豎直平面內(nèi)有一半徑為r、內(nèi)阻為R1、粗細(xì)均勻的光滑半圓形金屬環(huán)，在M、N處與相 距為2r、電阻不計的平行光滑金屬軌道ME、NF相接，EF之間接有電阻R2，已知R112R，R24R。在MN 上方及CD下方有水平方向的勻強磁場和，磁感應(yīng)強度大小均為B?，F(xiàn)有質(zhì)量為m、電阻不計的導(dǎo)體棒 ab，從半圓環(huán)的最高點A處由靜止下落，在下落過程中導(dǎo)體棒始終保持水平，與半圓形金屬環(huán)及軌道接觸良 好，設(shè)平行軌道足夠長。已知導(dǎo)體棒下落r/2時

8、的速度大小為v1，下落到MN處的速度大小為v2。 (1)求導(dǎo)體棒ab從A下落r/2時的加速度大小； (2)若導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場后棒中電流大小始終不變，求磁場和之間的 距離h和R2上的電功率P2； (3)若將磁場的CD邊界略微下移，導(dǎo)體棒ab剛進(jìn)入磁場時速度大小為v3， 要使其在外力F作用下做勻加速直線運動，加速度大小為a，求所加外力 F隨時間變化的關(guān)系式?！敬鸢浮繜狳c三 電磁感應(yīng)中的能量問題圖9-3-5 【名師支招】電磁感應(yīng)過程實質(zhì)上是不同形式的能相互轉(zhuǎn)化的過程，電磁感應(yīng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中必定受到安培力作用，因此，要維持安培力存在，必須有“外力”克服安培力做功，此過程中，其他形式的能

9、轉(zhuǎn)化為電能，當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能。 “外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，同理，安培力做功的過程，是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程，安培力做多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。 分清物體的運動過程和受力情況，判斷不同過程的特點和滿足的規(guī)律，運用恰當(dāng)規(guī)律各個擊破。 3【答案】 (1)2.8 N (2)2.45 J 如圖9-3-6所示，空間等間距分布著水平方向的條形勻強磁場，豎直方向磁場區(qū)域足夠長，磁感應(yīng)強度B=1T，每一條形磁場區(qū)域的寬度及相鄰條形磁場區(qū)域的間距均為d=0.5 m，現(xiàn)有一邊長l=0.2 m、質(zhì)量m=0.1 kg、電阻R=0.1

10、的正方形線框MNOP以v0=7 m/s的初速度從左側(cè)磁場邊緣水平進(jìn)入磁場。求：(1)線框MN邊剛進(jìn)入磁場時受安培力的大小F。(2)線框從開始進(jìn)入磁場到豎直下落的過程中產(chǎn)生的焦耳熱Q。圖9-3-6【例4】如圖9-3-7所示，兩根足夠長的直金屬桿MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為l。M、P兩點間接有阻 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)強度為B的勻強磁場中，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，不計它們之間的 摩擦。 (1)由b向a方向看到的裝置如圖9-3-8所

11、示，請在此圖中畫出ab桿下滑過程中此時刻的受力示意圖； (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。 【名師支招】(1)做該類題目要畫好受力分析圖，最好在圖上標(biāo)明輔助方向(如B的方向，I的方向等)。 (2)抓住各物理量之間相互制約的關(guān)系，做好動態(tài)分析。一般的思維規(guī)律是：速度的變化，導(dǎo)致電動勢的變化，導(dǎo)致電流的變化，導(dǎo)致安培力的變化，導(dǎo)致加速度的變化，從而把握物體運動狀態(tài)的變化趨勢，抓住臨界條件。 【解析】(1)如圖所示 重力mg，豎直向下 支撐力FN，垂直斜面向上 安培力F，沿斜面向上 (2)當(dāng)ab

12、桿速度為v，感應(yīng)電動勢E=Blv，此時電路中電流 I=E/R=Blv/R ab桿受到安培力F=BIl=B2l2v/R 根據(jù)牛頓運動定律，有 ma=mgsin-F=mgsin-B2l2v/R a=gsin-B2l2v/(mR) (3)當(dāng)B2l2v/R=mgsin時，ab桿達(dá)到最大速度 vm=mgRsin/(B2l2)熱點四 電磁感應(yīng)中的力、電綜合問題【答案】(1)見解析中圖9-3-9 (2) I=Blv/R;a=gsin-B2l2v/(mR) (3) vm=mgRsin/(B2l2)圖9-3-9圖9-3-7圖9-3-8 4【答案】 (1)v1-fR/(B2L2) (2)B2L2v1/R (3)P

13、棒=fv1-fR/(B2L2) P電=f2R/(B2L2) (4)(B2L2vt+fR)/(B2L2t-mR)如圖9-3-10所示，光滑的平行長直金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，間距為L、導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒垂直跨接在導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計，且接觸良好。在導(dǎo)軌平面上有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著豎直向下的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B。開始時，導(dǎo)體棒靜止于磁場區(qū)域的右端，當(dāng)磁場以速度v1勻速向右移動時，導(dǎo)體棒隨之開始運動，同時受到水平向左、大小為f的恒定阻力，并很快達(dá)到恒定速度，此時導(dǎo)體棒仍處于磁場區(qū)域內(nèi)。(1)求導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度v2；(2)為使導(dǎo)體棒能隨磁場運動，阻力最大不

14、能超過多少？(3)導(dǎo)體棒以恒定速度運動時，單位時間內(nèi)克服阻力所做的功和電 路中消耗的電功率各為多少？(4)若t=0時，磁場由靜止開始水平向右做勻加速直線運動，經(jīng)過較 短時間后，導(dǎo)體棒也做勻加速直線運動，其v-t關(guān)系如圖9-3-11所示，已知在t時刻導(dǎo)體棒瞬 時速度大小為vt，求導(dǎo)體棒做勻加速直線運動時的加速度大小。圖9-3-11圖9-3-10； 歐億 flp271bej 晚飯過后，肖燕還沒回來。我的母親怕我的腿腳不便要去看看，我更放心不下我的母親。我們爭執(zhí)一番之后，還是在母親的陪伴下去了我的岳父岳母家。屋子里亮著燈，肖燕正端著碗用小勺一口一口地給父親喂飯岳母見我們來了，招呼我們坐下，跟我的母親

15、閑聊起來。岳父把我叫道床前，拉著我的手語重心長地對我說：“蘇林啊，患難夫妻才是真正的好夫妻你對我的燕子好，這是我女兒的福氣，我愿你和燕子永遠(yuǎn)好下去不離不棄！” “爹您這是說哪兒的話我現(xiàn)在瘸了什么也干不了，只能連累了燕子”我的眼里含著淚。岳父看著我，嚴(yán)肅地說：“以后不許說這樣的話特別是對燕子你們也算是老夫老妻的了，說這樣的話會讓人傷心的再說，瘸子同樣也能干大事！”回到家里，我才聽我的父母說肖燕的父親得了癌癥，已到了后期，恐怕來日不多了。老人最擔(dān)心的就是他的女兒，這是他唯一惦掛的親人。這一夜，我一夜未眠。想了很多很多從我與肖燕的相識相知相愛到今天所經(jīng)過的風(fēng)風(fēng)雨雨，我的岳父岳母付出的一切的確是太多太

16、多了 “蘇林，自從我把燕子托付給你，我沒有別的需求只希望你倆恩恩愛愛白頭到老這是我和你娘唯一的心愿。”我永遠(yuǎn)忘不了結(jié)婚時我們的承諾；更忘不了岳父岳母對我們的關(guān)照和幫助二十多年過去了，老人們得到的究竟是什么呢？難道還不是操勞了一身的病到頭來什么也沒有嗎？捫心自問，我們這些做兒女的早就應(yīng)該好好考慮考慮老人的養(yǎng)老問題了！第二天，我去了村委辦公室，找到了大哥。 “大哥，我想在村子里開一所養(yǎng)老院，把村里所有的老人集中在一起贍養(yǎng)，以解決子孫們的后顧之憂，既能讓兒女們安心的工作，又能使老人們度過幸福的晚年?！蔽艺f出了我的想法。 “六弟，你的想法很好，村委也針對人口的老年化做過討論，具體意見也向上級領(lǐng)導(dǎo)匯報過，只是上級還沒有這個項目的?？钯Y助我們修建養(yǎng)老院。再說，老人的吃穿住行一切費用都得需要錢，