高考物理二轮复习 第14讲 电磁感应的电路和 图象问题课件.ppt

第14讲电磁感应的电路和图象问题 2 以闭合电路为核心的电磁感应问题 典题1 2017杭州西湖高级中学期末 如图所示 mn与pq是两条水平放置彼此平行的光滑金属导轨 导轨间距为l 0 5m 质量m 1kg 电阻r 0 5 的金属杆ab垂直跨接在导轨上 匀强磁场的磁感线垂直纸面向里 磁感应强度的大小为b 2t 导轨左端接阻值r 2 的电阻 导轨电阻不计 t 0时刻ab杆受水平拉力f的作用后由静止开始向右做匀加速运动 第4s末 ab杆的速度为v 2m s 重力加速度g取10m s2 求 3 1 4s末ab杆受到的安培力f安的大小 2 若0 4s时间内 电阻r上产生的焦耳热为1 7j 求这段时间内水平拉力f做的功 3 若第4s末以后 拉力不再变化 且知道4s末至金属杆ab达到最大速度过程中通过杆的电荷量q 1 6c 则此过程金属杆ab克服安培力做功w安为多少 答案 1 0 8n 2 4 125j 3 1 92j 4 3 4s末ab杆运动的加速度为 由牛顿第二定律可得f f安 ma 得第4s末拉力f 1 3n4s后当加速度a 0时 ab杆的速度达到最大 所以速度最大时 5 解题技法电磁感应与电路知识的关系图 6 解决电磁感应中的电路问题三步曲 7 当堂练1 2017浙江杭州萧山命题比赛 在生产线框的流水线上 为了检测出个别不合格的未闭合线框 让线框随传送带通过一固定匀强磁场区域 磁场方向垂直于传送带平面向下 观察线框进入磁场后是否相对传送带滑动就能够检测出未闭合的不合格线框 其物理情景简化如下 如图所示 通过绝缘传送带输送完全相同的正方形单匝纯电阻铜线框 传送带与水平方向夹角为 以恒定速度v0斜向上运动 已知磁场边界mn pq与传送带运动方向垂直 mn与pq间的距离为d 磁场的磁感应强度为b 线框质量为m 电阻为r 边长为l d 2l 线框与传送带间的动摩擦因数为 重力加速度为g 闭合线框在进入磁场前相对传送带静止 线框刚进入磁场的瞬间 和传送带发生相对滑动 线框运动过程中上边始终平行于mn 当闭合线框的上边经过边界pq时又恰好与传送带的速度相同 设传送带足够长 且线框在传送带上始终保持上边平行于磁场边界 求 8 1 闭合线框的上边刚进入磁场时所受安培力f安的大小 2 从闭合线框上边刚进入磁场至刚要出磁场所用的时间t 3 从闭合线框上边刚进入磁场到穿出磁场后又相对传送带静止的过程中 电动机相对未放线框多消耗的电能e 9 解析 1 根据安培力公式得f安 bil 2 线框刚进入磁场至线框刚要出磁场的过程 10 3 线框刚进入磁场至线框刚要出磁场的过程 根据动能定理得 mgcos mgsin d w安1 0根据功能关系得q电1 w安1根据功能关系得qf1 mgcos v0t d 从线框上边刚进入磁场到穿出磁场后又相对传送带静止的过程中 根据能量守恒得e 2mgsin d 2q电1 2qf1 11 电磁感应相关图象综合问题 典题2 2017浙江杭州萧山高三模拟 如图甲所示 两光滑导轨都由水平 倾斜两部分圆滑对接而成 相互平行放置 两导轨相距l 1m 倾斜导轨与水平面成 30 角 倾斜导轨的下面部分处在一垂直斜面的匀强磁场区 中 区中磁场的磁感应强度b1随时间变化的规律如图乙所示 图中t1 t2未知 水平导轨足够长 其左端接有理想的灵敏电流计g和定值电阻r 3 水平导轨处在一竖直向上的匀强磁场区 中 区中的磁场恒定不变 磁感应强度大小为b2 1t 在t 0时刻 从斜轨上磁场 区外某处垂直于导轨水平释放一金属棒ab 棒的质量m 0 1kg 电阻r 2 棒下滑时与导轨保持良好接触 棒由斜轨滑向水平轨时无机械能损失 导轨的电阻不计 若棒在斜面上向下滑动的整个过程中 灵敏电流计g的示数大小保持不变 t2时刻进入水平轨道 立刻对棒施一平行于框架平面沿水平方向且与杆垂直的外力 g取10m s2 求 12 13 1 0 t1时间内导体棒的加速度大小 2 磁场区 在沿斜轨方向上的宽度d 3 棒从开始运动到刚好进入水平轨道这段时间内ab棒上产生的热量 4 若棒在t2时刻进入水平导轨后 电流计g的电流大小i随时间t变化的关系如图丙所示 i0未知 已知t2到t3的时间为0 5s t3到t4的时间为1s 请在图丁中作出t2到t4时间内外力大小f随时间t变化的函数图象 不需要解答过程 14 答案 1 5m s 2 0 625m 3 0 375j 4 见解析 解析 1 a gsin 5m s2 2 电流计的示数不变 说明在整个下滑过程中回路的的电动势是不变的 说明在b变化时和不变时感应电动势大小一样 所以可以判断在t1时刻棒刚好进入磁场区域且做匀速直线运动 没进入磁场以前做匀加速直线运动 加速度是a gsin 5m s2 v at1 解得t1 0 5s 又e1 blv e1 e2 可得d 0 625m 15 3 ab棒进入磁场以前 棒上产生的热量为q1 i2rt1 0 52 2 0 5j 0 25j取ab棒在斜轨磁场中运动为研究过程 mgdsin q2 0 q2 0 3125j 则棒上产生的总热量是qr q1 q2r 0 375j或qr i2r t1 t2 0 375j 16 4 因为e blv 所以刚进水平轨道时的电动势是e 2 5v 取t2时刻为零时刻 则根据图线可以写出i t的方程式 i 0 5 t a 则v 2 5 5t m s 得a1 5m s2 由牛顿第二定律可得f bil ma1 所以有f t 将其画在坐标系里 取t3时刻为零时刻 由题图丙可以同理得出t3时刻后i 0 5t a v 2 5t m s a2 2 5m s2 依据牛顿定律得f bil ma2得f 0 25 0 5t n 画在坐标系里 图中图线作为参考 17 18 解题技法解决图象问题的一般步骤 1 明确图象的种类 即是b t图象 还是 t图象 或者是e t图象 i t图象等 2 分析电磁感应的具体过程 3 用右手定则或楞次定律确定方向对应关系 4 结合法拉第电磁感应定律 闭合电路欧姆定律 牛顿运动定律等规律写出函数关系式 5 根据函数关系式 进行数学分析 如分析斜率的变化 截距等 6 画出图象或判断图象 19 当堂练2如图甲所示 将一间距为l 1m的u形光滑导轨 不计电阻 固定倾角为 30 轨道的上端与一阻值为r 1 的电阻相连接 整个空间存在垂直轨道平面向下的匀强磁场 磁感应强度大小b未知 将一长度也为l 1m 阻值为r 0 5 质量为m 0 4kg的导体棒pq垂直导轨放置 导体棒两端均与导轨接触 再将一电流传感器按照如图甲所示的方式接入电路 其采集到的电流数据能通过计算机进行处理 得到如图乙所示的i t图象 假设导轨足够长 导体棒在运动过程中始终与导轨垂直 重力加速度g取10m s2 20 甲乙 1 求0 5s时定值电阻的发热功率 2 求该磁场的磁感应强度大小b 3 估算0 1 2s的时间内通过传感器的电荷量以及定值电阻上所产生的热量 21 答案 1 1 21w 2 1 25t 3 1 30c1 65j解析 1 由题干i t图象可知当t 0 5s时 i 1 10a p i2r 1