高考物理一轮复习 第10章 电磁感应章末专题复习

到乌蒙山区的昭通;从甘肃中部的定西，到内蒙古边陲的阿尔山，看真贫、知真贫，真扶贫、扶真贫，成为“花的精力最多”的事;“扶贫先扶志”“扶贫必扶智”“实施精准扶贫”第10章 电磁感应物理方法|等效法在电磁感应中的应用1方法概述闭合线圈磁通量的变化或导体棒切割磁感线形成感应电流将电磁感应和电路问题相结合，采用等效的方法找到电源和电路结构，利用闭合电路问题求解2方法技巧(1)明确切割磁感线的导体相当于电源，其电阻是电源的内阻，其他部分为外电路，电源的正、负极由右手定则来判定(2)画出等效电路图，并结合闭合电路欧姆定律等有关知识解决相关问题3等效问题如图101所示，直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中，ab是一段长为L、电阻为R的均匀导线，ac和bc的电阻可不计，ac长度为.磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里现有一段长度为，电阻为的均匀导体棒MN架在导线框上，开始时紧靠ac，然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑动，滑动中始终与ac平行并与导线框保持良好接触，当MN滑过的距离为时，导线ac中的电流为多大？方向如何？ 图101【解析】MN滑过的距离为时，如图甲所示，它与bc的接触点为P，等效电路图如图乙所示甲乙由几何关系可知MP长度为，MP中的感应电动势EBLvMP段的电阻rRMacP和MbP两电路的并联电阻为r并RR由欧姆定律得，PM中的电流Iac中的电流IacI解得Iac根据右手定则可知，MP中的感应电流的方向由P流向M，所以电流Iac的方向由a流向c.【答案】方向由a流向c突破训练1如图102所示，水平桌面上固定有一半径为R的金属细圆环，环面水平，圆环每单位长度的电阻为r，空间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向竖直向下；一长度为2R、电阻可忽略的导体棒置于圆环左侧并与环相切，切点为棒的中点棒在拉力的作用下以恒定加速度a从静止开始向右运动，运动过程中棒与圆环接触良好下列说法正确的是()图102A拉力的大小在运动过程中保持不变B棒通过整个圆环所用的时间为 C棒经过环心时流过棒的电流为D棒经过环心时所受安培力的大小为D导体棒做匀加速运动，合外力恒定，由于受到的安培力随速度的变化而变化，故拉力一直变化，选项A错误；设棒通过整个圆环所用的时间为t，由匀变速直线运动的基本关系式可得2Rat2，解得t，选项B错误；由v2v2ax可知棒经过环心时的速度v，此时的感应电动势E2BRv，此时金属圆环的两侧并联，等效电阻r总，故棒经过环心时流过棒的电流为I，选项C错误；由对选项C的分析可知棒经过环心时所受安培力的大小为F2BIR，选项D正确物理模型|电磁感应中的“杆导轨”模型1单杆模型(1)模型特点：导体棒运动感应电动势闭合回路感应电流安培力阻碍棒相对于磁场运动图103(2)分析思路：确定电源(3)解题关键：对棒的受力分析，动能定理应用图1042双杆模型(1)模型特点一杆切割一杆静止时，分析同单杆类似两杆同时切割时，回路中的感应电动势由两杆共同决定，EBl|v1v2|.(2)解题要点：单独分析每一根杆的运动状态及受力情况，建立两杆联系，列方程求解如图105所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距L0.4 m导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为MN，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B0.5 T在区域中，将质量m10.1 kg，电阻R10.1 的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑然后，在区域中将质量m20.4 kg，电阻R20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，g取10 m/s2.问：图105(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少【思路导引】【解析】(1)由右手定则可判断出cd中的电流方向为由d到c，则ab中电流方向为由a流向b.(2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有Fmaxm1gsin 设ab刚要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有EBLv设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有I设ab所受安培力为F安，有F安BIL此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有F安m1gsin Fmax综合式，代入数据解得v5 m/s.(3)设cd棒运动过程中在电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒定律有m2gxsin Q总m2v2又QQ总解得Q1.3 J.【答案】(1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J突破训练2(2017四川雅安中学月考)如图106所示，两条足够长的平行金属导轨相距L，与水平面的夹角为，整个空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，虚线上方轨道光滑且磁场方向垂直导轨平面向上，虚线下方轨道粗糙且磁场方向垂直导轨平面向下当导体棒EF以初速度v0沿导轨上滑至最大高度的过程中，导体棒MN一直静止在导轨上，若两导体棒质量均为m、电阻均为R，导轨电阻不计，重力加速度为g，在此过程中导体棒EF上产生的电热为Q，求：(1)导体棒MN受到的最大摩擦力；(2)导体棒EF上升的最大高度图106【解析】(1)EF获得向上初速度v0时，产生感应电动势EBLv0，电路中电流为I，由闭合电路的欧姆定律有I，此时对导体棒MN受力分析，由平衡条件有FAmgsin Ff，FABIL，解得Ffmgsin .(2)导体棒EF上升过程MN一直静止，对系统由能的转化和守恒定律有mvmgh2Q，解得h.【答案】(1)mgsin (2)高考热点|电磁感应中电荷量和焦耳热的计算1电荷量的计算(1)思考方向：根据法拉第电磁感应定律En确定平均感应电动势，结合闭合电路欧姆定律和电流的定义式I计算电荷量(2)公式推导过程回路中平均感应电动势nqIt2焦耳热的计算求解电磁感应过程中产生的焦耳热，有以下三种思路：(1)电路中感应电流恒定时：应用焦耳定律：QI2Rt.(2)导体切割磁感线克服安培力做功：焦耳热等于克服安培力做的功：QW安(3)电路中感应电流是变化的：根据功能关系来求解焦耳热如图107所示，一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内，导轨间距l0.5 m，左端接有阻值R0.3 的电阻一质量m0.1 kg、电阻r0.1 的金属棒MN放置在导轨上，整个装置置于竖直向上的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B0.4 T棒在水平向右的外力作用下，由静止开始以a2 m/s2的加速度做匀加速运动，当棒的位移x9 m时撤去外力，棒继续运动一段距离后停下来，已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q221.导轨足够长且电阻不计，棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触求：图107(1)棒在匀加速运动过程中，通过电阻R的电荷量q；(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2；(3)外力做的功WF.【思路导引】【解析】(1)设棒匀加速运动的时间为t，回路的磁通量变化量为，回路中的平均感应电动势为，由法拉第电磁感应定律得其中Blx设回路中的平均电流为，由闭合电路欧姆定律得则通过电阻R的电荷量为qt联立式，代入数据得q4.5 C(2)设撤去外力时棒的速度为v，对棒的匀加速运动过程，由运动学公式得v22ax设棒在撤去外力后的运动过程中安培力所做的功为W，由动能定理得W0mv2撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2W联立式，代入数据得Q21.8 J(3)由题意知，撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q221，可得Q13.6 J在棒运动的整个过程中，由功能关系可知WFQ1Q2由式得WF5.4 J.【答案】(1)4.5 C(2)1.8 J(3)5.4 J突破训练3如图108所示，两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角37的绝缘斜面上，顶部接有一阻值R3 的定值电阻，下端开口，轨道间距L1 m整个装置处于磁感应强度B2 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上质量m1 kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r1 ，导轨电阻不计金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好已知金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm2.0 m/s，sin 370.6，cos 370.8，g取10 m/s2.(1)求金属棒ab与导轨间的动摩擦因数；(2)若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，电阻R上产生的焦耳热为1.5 J，求流过电阻R的总电荷量q. 【导学号：92492381】图108【解析】(1)金属棒由静止释放后，沿导轨做变加速运动，加速度不断减小，当加速度为零时有最大速度vm.由牛顿第二定律得mgsin mgcos F安0F安BIL，I，EBLvm.解得金属棒ab与导轨间的动摩擦因数0.5.(2)设金