電磁感應(yīng)綜合問題.doc

電磁感應(yīng)綜合問題電磁感應(yīng)綜合問題，不僅涉及電學(xué)多個(gè)知識的綜合，還常和力學(xué)知識相聯(lián)系，能夠考查學(xué)生的理解能力、分析綜合能力。是歷年高考考查的熱點(diǎn)、重點(diǎn)，題型有選擇題也有解答題。所以，本專題在考前應(yīng)重點(diǎn)強(qiáng)化復(fù)習(xí)。知識結(jié)構(gòu)：本專題涉及到的問題有以下幾種類型：1電磁感應(yīng)和電學(xué)知識綜合應(yīng)用?？梢院烷]合電路歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、左右手定則等知識結(jié)合，判斷電動(dòng)勢和電流大小方向等問題。2電磁感應(yīng)和力學(xué)知識綜合應(yīng)用?？梢院土W(xué)中的牛頓定律、動(dòng)量知識結(jié)合，判斷有關(guān)導(dǎo)體棒，線圈速度加速度變化情況。3電磁感應(yīng)和能量轉(zhuǎn)化結(jié)合。判斷外力做功情況、電路產(chǎn)熱情況以及導(dǎo)體棒或線圈動(dòng)能變化情況。重點(diǎn)提示：1要注意基本規(guī)律的理解。本單元涉及的內(nèi)容綜合性強(qiáng)，但深刻理解基本概念和規(guī)律是解決綜合問題的基礎(chǔ)。（1）要注意感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和磁通量的變化率成正比，與磁通量的大小無關(guān)。（2）要注意E=和E=BLv 和 聯(lián)系和區(qū)別。（3）要注意左手定則和右手定則的區(qū)別。（4）要深刻理解楞次定律。理解阻礙含義。阻礙并不是相反，阻礙也不是阻止。增反減同，來拒去留。對線框?qū)w棒在磁場中運(yùn)動(dòng)問題要弄清楚哪部分相當(dāng)于電源，知道電源內(nèi)部電流是從負(fù)極到正極，根據(jù)這點(diǎn)判斷導(dǎo)體的哪端相當(dāng)于電源正極。2電磁感應(yīng)與力和運(yùn)動(dòng)結(jié)合的問題，研究方法與力學(xué)相同。首先明確研究對象，搞清物理過程，正確地進(jìn)行受力分析。導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動(dòng)問題是個(gè)重點(diǎn)。對導(dǎo)體棒和線框在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)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 -感應(yīng)電流-導(dǎo)體受安培力-阻礙導(dǎo)體相對運(yùn)動(dòng)-合外力變化-加速度變化-速度變化-感應(yīng)電動(dòng)勢變化 ，當(dāng)加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，速度達(dá)到最大。3電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生的電能是其他形式的能轉(zhuǎn)化來的，外力克服安培力做多少功，就有多少電能產(chǎn)生從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)看，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)問題的重要方法，從能量守恒和轉(zhuǎn)化方面分析電磁感應(yīng)問題往往可以使問題變的簡單，在復(fù)習(xí)中應(yīng)注意應(yīng)用典型例題例1如圖所示，在跟勻強(qiáng)磁場垂直的平面內(nèi)放置一個(gè)折成銳角的裸導(dǎo)線MON，MON=。在它上面擱置另一根與ON垂直的同樣規(guī)格的導(dǎo)線PQ，PQ緊貼MO、ON并以平行于ON的速度V，從頂角O開始向右勻速滑動(dòng)，設(shè)裸導(dǎo)線單位長度的電阻為R0，磁感強(qiáng)度為B，求回路中的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的關(guān)系。解答：總結(jié)：本題的關(guān)鍵是弄清楚瞬時(shí)電動(dòng)勢與平均電動(dòng)勢的區(qū)別。例2（2004北京理綜23題18分）如圖1所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌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(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(jì)它們之間的摩擦。（1）由b向a方向看到的裝置如圖2所示，請?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)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(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小； （3）求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值。解：（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E=BLv，此時(shí)電路電流 總結(jié)：解決電磁感應(yīng)和力學(xué)綜合題，同樣要認(rèn)真分析運(yùn)動(dòng)過程，分析受力情況，在該題中要特別注意各量的制約關(guān)系。例3（2004全國理綜24題，）圖中a1b1c1d1和a2b2c2d2為在同一豎直平面內(nèi)的金屬導(dǎo)軌，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于導(dǎo)軌所在平面（紙面）向里。導(dǎo)軌的a1b1段與a2b2段是豎直的，距離為l1；c1d1段與c2d2段也是豎直的，距離為l2。x1 y1與x2 y2為兩根用不可伸長的絕緣輕線相連的金屬細(xì)桿，質(zhì)量分別為和m1和m2，它們都垂直于導(dǎo)軌并與導(dǎo)軌保持光滑接觸。兩桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的總電阻為R。F為作用于金屬桿x1y1上的豎直向上的恒力。已知兩桿運(yùn)動(dòng)到圖示位置時(shí)，已勻速向上運(yùn)動(dòng)，求此時(shí)作用于兩桿的重力的功率的大小和回路電阻上的熱功率。解：設(shè)桿向上的速度為v，因桿的運(yùn)動(dòng)，兩桿與導(dǎo)軌構(gòu)成的回路的面積減少，從而磁通量也減少。由法拉第電磁感應(yīng)定律，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小例4：如圖，兩條水平虛線之間有垂直于紙面向里、寬度為d=50cm、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1.0T的勻強(qiáng)磁場。邊長為l=10cm的正方形線圈，質(zhì)量為m=100g，電阻為R=0.020。線圈下邊緣到磁場上邊界的距離為h=80cm。將線圈由靜止釋放，已知其下邊緣剛進(jìn)入磁場和剛穿出磁場時(shí)刻的速度相同。取g=10m/s2。求：線圈進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生的電熱Q。線圈下邊緣穿越磁場的過程中，線圈的最小速度v。線圈下邊緣穿越磁場的過程中，線圈加速度的最小值a的大小。解析：（1）根據(jù)“線圈下邊緣剛進(jìn)入磁場和剛穿出磁場時(shí)刻的速度相同”，可以判斷出線圈進(jìn)入階段是減速進(jìn)入，完全進(jìn)入后又加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)線圈下邊緣出磁場時(shí)速度又等于下邊剛進(jìn)磁場時(shí)速度。從線圈下邊緣剛進(jìn)入磁場到剛穿出磁場過程中動(dòng)能變化為零，根據(jù)能量守恒定律，重力勢能的減小等于線圈進(jìn)入過程產(chǎn)生的電能，又轉(zhuǎn)化為電熱，因此Q=mgd=0.50J 設(shè)線圈下邊緣到達(dá)磁場上邊界時(shí)的瞬時(shí)速度大小是v0， 則v02=2gh，v0=4.0m/s 根據(jù)對線圈的運(yùn)動(dòng)過程分析可以判定線圈上邊緣到達(dá)磁場上邊界時(shí)線圈速度一定最小，在線圈進(jìn)入磁場過程中用動(dòng)能定理： 而克服安培力做的功W就等于增加的電能也等于產(chǎn)生的電熱Q因此得v=（或由全部進(jìn)入到下邊緣到達(dá)磁場下邊界的自由落體運(yùn)動(dòng)，v02v2=2g（d l）求v 線圈下邊緣進(jìn)入磁場過程必然先減速，安培力大于重力，合力向上根據(jù)牛頓定律Fmg=ma 而安培力，可見速度最小時(shí)安培力最小，加速度最小。也就是當(dāng)線圈剛?cè)M(jìn)入時(shí)加速度最小，有前此時(shí)線圈速度 v=，代入求得最小加速度為a=10 (1) m/s2=4.1m/s2總結(jié)：對涉及線圈和導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動(dòng)問題一定要把運(yùn)動(dòng)過程弄清楚。該題關(guān)鍵點(diǎn)是認(rèn)真讀題，抓住“題眼” “線圈下邊緣剛進(jìn)入磁場和剛穿出磁場時(shí)刻的速度相同”這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。有許多同學(xué)把能量轉(zhuǎn)化情況弄不清楚，不會求產(chǎn)生的熱量。還有的同學(xué)沒弄清進(jìn)入階段是減速運(yùn)動(dòng)，安培力大于重力，不知道什么地方加速度最小。例5如圖，足夠長的光滑平行導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，MN部分的寬度為2l，PQ部分的寬度為l，金屬棒a和b的質(zhì)量ma=2mb=2m，其電阻大小Ra=2Rb=2R， a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)磁場中，磁感強(qiáng)度為B，開始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)，求整個(gè)過程整個(gè)電路產(chǎn)生的熱量。答案：例6 如圖1所示，由同種材料、粗細(xì)均勻的電阻絲制成邊長為l的正方 形線框abcd，其總電阻為R現(xiàn)使線框以水平向右的速度v勻速穿過一寬度為2l、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，整個(gè)過程中ab、cd兩邊始終保持與磁場邊界平行令線框的cd邊剛好與磁場左三界重合時(shí)為零時(shí)刻，設(shè)U0=Blv，那么圖2中畫出的線框中a、b兩點(diǎn)間電勢差Uab隨線框cd邊的位移x變化的圖像正確的是解析：首先要弄清楚Uab顯示的什么電壓。當(dāng)線框的cd進(jìn)入磁場后，cd切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢，電路中有逆時(shí)針電流，cd相當(dāng)于電源，電動(dòng)勢E=Blv,ab為外電路的一部分，電流由a流向b，則Uab大于零，且Uab=，當(dāng)線圈全部進(jìn)入后，線圈的cd邊和ab邊都切割磁感線，但由于穿過線圈的磁通量不變化，所以線圈中沒有感應(yīng)電流，但ab兩端有電勢差，Uab =BlV=U0,同樣大于零。當(dāng)線圈cd邊出了磁場后，ab切割磁感線，相當(dāng)于電源，a端相當(dāng)于電源正極，這時(shí)Uab相當(dāng)于路端電壓Uab =，綜上所述，正確的應(yīng)該選C?？偨Y(jié)：電磁感應(yīng)圖象問題是個(gè)重要