電磁感應(yīng)與電路新

電磁感應(yīng)與電路新第一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題(1)基本方法：

①確定電源：先判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的那一部分導(dǎo)體，該部分導(dǎo)體可視為等效電源．②分析電路結(jié)構(gòu)，畫等效電路圖．③利用電路規(guī)律求解，主要有歐姆定律，串并聯(lián)規(guī)律等．(2)常見的一些分析誤區(qū)：

①不能正確分析感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流的方向．因產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)那部分電路為電源部分，故該第二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日部分電路中的電流應(yīng)為電源內(nèi)部的電流，而外電路中的電流方向仍是從高電勢(shì)到低電勢(shì)．②應(yīng)用歐姆定律分析求解電路時(shí)，不注意等效電源的內(nèi)阻對(duì)電路的影響．③對(duì)連接在電路中電表的讀數(shù)不能正確進(jìn)行分析，特別是并聯(lián)在等效電源兩端的電壓表，其示數(shù)應(yīng)該是外電壓，而不是等效電源的電動(dòng)勢(shì)．第三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日例1：(2010·浙江卷)半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導(dǎo)線，分別與兩塊垂直于紙面固定放置的平行金屬板連接，兩板間距為d，如圖7-2-2(甲)所示．有一變化的磁場(chǎng)垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖7-2-2(乙)所示．在t=0時(shí)刻平板之間中心有一重力不計(jì)，電荷量為+q的靜止微粒，則以下說法正確的是(

)圖7-2-2A．第2秒內(nèi)上極板為正極B．第3秒內(nèi)上極板為負(fù)極C．第2秒末微?；氐搅嗽瓉砦恢肈．第2秒末兩極板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為0.2πr2/d第四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日解析：0～1s內(nèi)情況：由楞次定律可知，金屬板上極板帶負(fù)電，金屬板下極板帶正電；若粒子帶正電，則粒子所受電場(chǎng)力方向豎直向上而向上做勻加速運(yùn)動(dòng)．1～2s內(nèi)情況：由楞次定律可知，金屬板上極板帶正電，金屬板下極板帶負(fù)電；若粒子帶正電，則粒子所受電場(chǎng)力方向豎直向下而向上做勻減速運(yùn)動(dòng)，2s末速度減小為零．2～3s內(nèi)情況：由楞次定律可知，金屬板上極板帶正電，金屬板下極板帶負(fù)電；若粒子帶正電，則粒子所受電場(chǎng)力方向豎直向下而向下做勻加速運(yùn)動(dòng)．兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度大小3～4s內(nèi)情況：由楞次定律可知，金屬板上極板帶負(fù)電，金屬板下極板帶正電；若粒子帶正電，則粒子所受電場(chǎng)力方向豎直向上而向下做勻減速運(yùn)動(dòng)，4s末速度減小為零，同時(shí)回到了原來的位置．選A.第五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日例2：如圖，兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌ab、cd豎直放置，導(dǎo)軌間距離為L(zhǎng)1電阻不計(jì)。在導(dǎo)軌上端并接兩個(gè)額定功率均為P、電阻均為R的小燈泡。整個(gè)系統(tǒng)置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌所在平面垂直?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m、電阻可以忽略的金屬棒MN從圖示位置由靜止開始釋放。金屬棒下落過程中保持水平，且與導(dǎo)軌接觸良好。已知某時(shí)刻后兩燈泡保持正常發(fā)光。重力加速度為g。求：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?2)燈泡正常發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速率。圖7-2-2第六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日例3：如圖7-2-4甲所示，光滑且足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ固定在同一水平面上，兩導(dǎo)軌間距L=0.2m，電阻R=0.4Ω，導(dǎo)軌上停放一質(zhì)量m=0.1kg、電阻r=0.1Ω的金屬桿，導(dǎo)軌電阻可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向豎直向下．現(xiàn)用一外力F沿水平方向拉桿，使之由靜止開始運(yùn)動(dòng)，若理想電壓表的示數(shù)U隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖7-2-4乙所示．圖7-2-4求：(1)金屬桿在5s末時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度．(2)第4s末時(shí)外力F的瞬時(shí)功率．第七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日(2)由乙圖可知，R兩端電壓隨時(shí)間均勻變化，所以電路中的電流也隨時(shí)間均勻變化，由閉合電路歐姆定律知，棒上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)也是隨時(shí)間均勻變化的．因此由E=BLv可知，金屬桿所做的運(yùn)動(dòng)為勻變速直線運(yùn)動(dòng)，

第八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日例4：如圖7-2-5甲所示，水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d=0.5m，電阻不計(jì)，左端通過導(dǎo)線與阻值R=2Ω的電阻連接，右端通過導(dǎo)線與阻值RL=4Ω的小燈泡L連接．在CDEF矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，CE長(zhǎng)l=2m，有一阻值r=2Ω的金屬棒PQ放置在靠近磁場(chǎng)邊界CD處．CDEF區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化如圖7-2-5乙所示．在t=0至t=4s內(nèi)，打開開關(guān)s，并金屬棒PQ保持靜止，在t=4s時(shí)閉合開關(guān)s，使金屬棒PQ以某一速度進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域并保持勻速運(yùn)動(dòng)．已知從t=0開始到金屬棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)邊界EF處的整個(gè)過程中，小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化，求：(1)通過小燈泡的電流．(2)金屬棒PQ在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的速度大小．圖7-2-5第九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

(2)當(dāng)棒在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，電路為R與RL并聯(lián)，再與r串聯(lián)，此時(shí)電路的總電阻R總

解析：根據(jù)題意分階段討論，分別畫出兩種情形的等效電路，弄清電路結(jié)構(gòu)，結(jié)合電磁感應(yīng)規(guī)律求解．第十頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日解決電磁感應(yīng)電路問題的關(guān)鍵就是借鑒或利用相似原型來啟發(fā)理解和變換物理模型，即把電磁感應(yīng)的問題等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路，把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體等效為內(nèi)電路，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小相當(dāng)于電源電動(dòng)勢(shì)，其余部分相當(dāng)于外電路，并畫出等效電路圖，處理該類問題時(shí)，要注意電源電動(dòng)勢(shì)與外電壓的區(qū)別，正確分析內(nèi)電路與外電路．第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日變式訓(xùn)練1：如圖7-2-6所示，兩足夠長(zhǎng)平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌平面與水平面夾角a=30°，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上，長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌電接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m、電阻為R.兩金屬導(dǎo)軌的上端連接右端電路，定值電阻R1=2R，電阻箱電阻調(diào)到使R2=12R，重力加速度為g，現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放，試求：圖7-2-6(1)金屬棒下滑的最大速度為多大？(2)R2為何值時(shí)，其消耗的功率最大？消耗的最大功率為多少？第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日變式訓(xùn)練2：如圖7-2-8所示，一邊長(zhǎng)L=0.2m，質(zhì)量m1=0.5kg，電阻R=0.1w的正方形導(dǎo)體線框abcd，與一質(zhì)量為m2=2kg的物塊通過輕質(zhì)細(xì)線跨過兩定滑輪相連．起初ad邊距磁場(chǎng)下邊界為d1=0.8m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.5T，磁場(chǎng)寬度d2=0.3m，物塊放在傾角θ=53°的斜面上，物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5.現(xiàn)將物塊由靜止釋放，經(jīng)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)當(dāng)ad邊從磁場(chǎng)=上邊緣穿出時(shí)，線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)．(g取10m/s2，sin53°=0.8，cos53°=0.6)求：圖7-2-8(1)線框ad邊從磁場(chǎng)上邊緣穿出時(shí)繩中拉力的功率；(2)線框剛剛?cè)窟M(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大?。?3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中線框產(chǎn)生的焦耳熱．第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日變式訓(xùn)練3如圖7-2-3所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為θ的絕緣斜面上，導(dǎo)軌上端連接一個(gè)定值電阻．導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直并良好接觸．斜面上水平虛線PQ以下區(qū)域內(nèi)，存在著垂直穿過斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．現(xiàn)對(duì)a棒施以平行導(dǎo)軌斜向上的拉力，使它沿導(dǎo)軌勻速向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)放在導(dǎo)軌下端的b棒恰好靜止．當(dāng)a棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)的上邊界PQ處時(shí)，撤去拉力，a棒將繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)一小段距離后再向下滑動(dòng)，此時(shí)b棒已滑離導(dǎo)軌．當(dāng)a棒再次滑回到磁場(chǎng)上邊界PQ處時(shí)，又恰能沿導(dǎo)軌勻速向下運(yùn)動(dòng)．已知a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R，b棒的質(zhì)量為m，重力加速度為g，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．求：(1)a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的過程中，a棒中的電流強(qiáng)度Ia與定值電阻R中的電流強(qiáng)度IR之比；(2)a棒質(zhì)量ma；(3)a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的拉力F.第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日解析：本題是一道電磁感應(yīng)綜合題，涉及直流電路的分析與計(jì)算，安培力、平衡條件，牛頓運(yùn)動(dòng)定律等較多知識(shí)點(diǎn)，全面考查考生的分析綜合能力．試題情景較復(fù)雜(有三種情景)，能力要求較高．第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

(2)由于a棒在PQ上方滑動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，因而a棒在磁場(chǎng)中向上滑動(dòng)的速度大小v1與在磁場(chǎng)中向下滑動(dòng)的速度大小v2相等，即v1=v2=v，設(shè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)體棒長(zhǎng)為L(zhǎng)，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為第十九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022