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精品文檔-下載后可編輯淺析電磁感應(yīng)的三類(lèi)綜合考題(全文)1電磁感應(yīng)與電路的綜合問(wèn)題
在電磁感應(yīng)中,切割磁感線(xiàn)的導(dǎo)體或磁通量變化的回路將產(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,高考中常把電磁感應(yīng)和電路聯(lián)系在一起綜合考查。求解這類(lèi)考題的基本方法是: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,畫(huà)等效電路圖,再運(yùn)用全電路歐姆定律、串并聯(lián)電路性質(zhì)及電功率等公式聯(lián)立求解。
例1(2022年全國(guó)春考題)如圖1所示,直角三角形導(dǎo)線(xiàn)框abc固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,ab是一段長(zhǎng)為l,電阻為R的均勻?qū)Ь€(xiàn),ac和bc的電阻可不計(jì),ac長(zhǎng)度為l2,磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里?,F(xiàn)有一段長(zhǎng)度為l2,電阻為R2的均勻?qū)w桿MN架在導(dǎo)線(xiàn)框上,開(kāi)始時(shí)緊靠ac,然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑動(dòng),滑動(dòng)中始終與ac平行并與導(dǎo)線(xiàn)框保持良好接觸,當(dāng)MN滑過(guò)的距離為l3時(shí),導(dǎo)線(xiàn)ac中的電流是多大?方向如何?
解析因切割導(dǎo)體相當(dāng)于電源,所以當(dāng)MN滑過(guò)l3時(shí),其等效電路如圖2所示,這時(shí)的有效切割長(zhǎng)度為23?l2=l3,故電動(dòng)勢(shì)E=Blv=13Blv,電源內(nèi)阻r=23×R2=R3,所以總電流:
2電磁感應(yīng)與能量綜合問(wèn)題
導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)或磁通量發(fā)生變化在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,使機(jī)械能或其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能,具有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受安培力作用或通過(guò)電阻發(fā)熱,又可以使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電阻的內(nèi)能。因此,電磁感應(yīng)是實(shí)現(xiàn)能量綜合的最好題材。分清各力的做功情況與能量轉(zhuǎn)化情況是解決這類(lèi)考題的關(guān)鍵。
例2(2022年全國(guó)考題上海物理卷)如圖3所示,平行金屬導(dǎo)軌與水平面成θ角,導(dǎo)軌與固定電阻R1和R2相連。勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過(guò)導(dǎo)軌平面,有一導(dǎo)體棒ab,質(zhì)量為m,導(dǎo)體棒的電阻與固定電阻R1和R2的阻值均相等,與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,導(dǎo)體棒ab沿導(dǎo)軌向上滑動(dòng),當(dāng)上滑的速度為v時(shí),受到安培力的大小為F,此時(shí)()
A.電阻R1消耗的熱功率為Fv3
B.電阻R2消耗的熱功率為Fv6
C.整個(gè)裝置因摩擦而消耗的熱功率為μmgvcosθ
D.整個(gè)裝置消耗的機(jī)械功率為(F+μmgcosθ)v
解析整個(gè)電路消耗的熱功率為Fv,據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知電阻R1和R2消耗的功率相等,都等于總電功率的16,所以A錯(cuò)誤,B正確。整個(gè)裝置因摩擦而消耗的熱功率為fv=μmgvcosθ,C正確。根據(jù)能量守恒定律,整個(gè)裝置消耗的機(jī)械功率等于電熱功率與摩擦生熱功率之和,為(F+μmgcosθ)v,D正確。綜上所述,此題B、C、D正確。
3電磁感應(yīng)與力學(xué)的綜合問(wèn)題
電磁感應(yīng)能很好地將電磁學(xué)知識(shí)和力學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)力電的綜合。求解這類(lèi)考題的思路是:認(rèn)真分析研究對(duì)象的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況,再運(yùn)用相應(yīng)的力學(xué)規(guī)律列式。一般說(shuō)來(lái),勻速運(yùn)動(dòng)可結(jié)合平衡條件求解;變速運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度可結(jié)合牛頓第二定律和運(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,盡量應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決問(wèn)題。
例3(2022年全國(guó)高考重慶理綜卷)兩根相距為L(zhǎng)的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如圖4所示放置,它們各有一邊在同一水平面內(nèi),另一邊垂直于水平面。質(zhì)量均為m的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路,桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,導(dǎo)軌電阻不計(jì),回路總電阻為2R。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下以速度v1沿導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),cd也正好以速度v2向下勻速運(yùn)動(dòng)。重力加速度為g。以下說(shuō)法正確的是()
A.ab桿所受拉力F的大小為μmg+B2L2v12R
B.cd桿所受摩擦力為零
C.回路中的電流強(qiáng)度為BL(v1+v2)2R
D.μ與v1大小的關(guān)系為μ=2RmgB2L2v1
解析由于兩根金屬細(xì)桿處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,ab桿的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)垂直,會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),cd桿的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行,不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。ab桿的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv1,整個(gè)回路中的感應(yīng)電流為I=E2R=BLv12R,C項(xiàng)錯(cuò);由左手定則判斷,ab桿所受安碚力方向向左,大小為F′=BIL=B2L2v12R,cd桿受到的安培力方向向右,大小也為B2L2v12R,cd桿與金屬導(dǎo)軌之間存在壓力,存在摩擦力,故B錯(cuò);ab桿受拉力、摩擦力、安培力作用,合力為零,所以F=f+F′=μmg+B2L2v12R,即選項(xiàng)A正確;對(duì)cd桿,受到重力和摩擦力,有G=f′,即:mg=μB2L2v12R,所以μ=2RmgB2L2v1,D對(duì)。故正確選項(xiàng)為A、D。
例4(2022年全國(guó)高考上海物理卷)如圖5所示,將邊長(zhǎng)為a,質(zhì)量為m,電阻為R的正方形導(dǎo)線(xiàn)框豎直向上拋出,穿過(guò)寬度為b,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里。線(xiàn)框向上離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)的速度剛好是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的一半,線(xiàn)框離開(kāi)磁場(chǎng)后繼續(xù)上升一段高度然后落下并勻速進(jìn)入磁場(chǎng)。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終存在著大小恒定的空氣阻力為f,且線(xiàn)框不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。求:(1)線(xiàn)框在下落階段勻速進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度v2;(2)線(xiàn)框在上升
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