高考物理一轮 专题28 电磁感应规律的综合应用学案 新课标.doc

2013届高三新课标物理一轮原创精品学案 专题28 电磁感应规律的综合应用教学目标：1熟练运用右手定则和楞次定律判断感应电流及感应电动势的方向2掌握电磁感应与电路规律的综合应用3综合应用电磁感应等电学知识解决力、电综合问题4能够处理电磁感应图象问题本讲重点：1电磁感应与电路规律的综合应用2综合应用电磁感应等电学知识解决力、电综合问题本讲难点：综合应用电磁感应等电学知识解决力、电综合问题考点点拨：1电磁感应与电路规律的综合应用2电磁感应中的力电综合应用3电磁感应中的图象问题4涉及多个电动势的计算问题（双杆问题）第一课时2电磁感应中的电路问题在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源。因此，电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起，解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是：用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向 画等效电路图运用全电路欧姆定律，串并联电路性质，电功率等公式联立求解3电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度b、磁通量、感应电动势e、感应电流i、安培力f安或外力f外随时间t变化的图象，即bt图、t图、et图、it图、ft图。对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势e和感应电流i随位移x变化的图象，即ex图、ix图等。这些图象问题大体上可分类两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确图象。由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。不管是何种类型，电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、左手定则，楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决。（二）重难点阐释本章的知识点不多，重点集中在两个定律法拉第电磁感应定律和楞次定律。法拉第电磁感应定律关键在于“变化”，楞次定律的核心在于“阻碍”，真正理解了“变化”和“阻碍”，就真正掌握了这两个定律。本章以电场、磁场、电路等知识为基础，综合力与运动、动量与能量等力学体系的知识，是高中物理中综合程度最高的章节之一，所以本章的难点也很突出。在高考中出现的题型通常会有感应电流的产生条件、方向判定，感应电流大小的计算等，在大题中则常会出现电磁感应和电路知识的综合、电磁感应和力的综合、电磁感应和能量的综合等综合的题目，还会有比较多的图像问题会牵连到题目当中。所以，本章的难点在于正确理顺知识体系，通过严密的分析、推理，综合应用所学知识处理实际问题。二、高考要点精析（一）电磁感应与电路规律的综合应用考点点拨【例2】半径为a的圆形区域内有均匀磁场，磁感强度为b=0.2t，磁场方向垂直纸面向里，半径为b的金属圆环与磁场同心地放置，磁场与环面垂直，其中a=0.4m，b=0.6m，金属环上分别接有灯l1、l2，两灯的电阻均为r =2，一金属棒mn与金属环接触良好，棒与环的电阻均忽略不计（1）若棒以v0=5m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径oo 的瞬时（如图所示）mn中的电动势和流过灯l1的电流。（2）撤去中间的金属棒mn，将右面的半圆环ol2o 以oo 为轴向上翻转90，若此时磁场随时间均匀变化，其变化率为b/t=4t/s，求l1的功率。图（1）解析：（1）棒滑过圆环直径oo 的瞬时，mn中的电动势e1=b2a v=0.20.85=0.8v 等效电路如图（1）所示，流过灯l1的电流i1=e1/r=0.8/2=0.4a 图（2）（2）撤去中间的金属棒mn，将右面的半圆环ol2o 以oo 为轴向上翻转90，半圆环ol1o中产生感应电动势，相当于电源，灯l2为外电路，等效电路如图（2）所示，感应电动势e2=/t=0.5a2b/t=0.32v l1的功率p1=(e2/2)2/r=1.28102w考点精炼1据报道，1992年7月，美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验取得了部分成功.航天飞机在地球赤道上空离地面约3000 km处由东向西飞行，相对地面速度大约6.5103 m/s，从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根长20 km，电阻为800 的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动.假定这一范围内的地磁场是均匀的.磁感应强度为410-5t，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同.根据理论设计，通过电离层（由等离子体组成）的作用，悬绳可以产生约3 a的感应电流，试求：（1）金属悬绳中产生的感应电动势；（2）悬绳两端的电压；（3）航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能（已知地球半径为6400 km）.第二课时（二）电磁感应中的力电综合应用考点点拨ab下滑时因切割磁感线，要产生感应电动势，根据电磁感应定律： e=blv 闭合电路ac ba中将产生感应电流，根据闭合电路欧姆定律： i=e/r 据右手定则可判定感应电流方向为aac ba，再据左手定则判断它受的安培力f安方向如图示，其大小为：f安=bil 注意：（1）电磁感应中的动态分析，是处理电磁感应问题的关键，要学会从动态分析的过程中来选择是从动力学方面，还是从能量、动量方面来解决问题。（2）在分析运动导体的受力时，常画出平面示意图和物体受力图。由于安培力方向向左，应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向（由上往下看）.再根据楞次定律可知磁场增加，在t时磁感应强度为：b=（b+t）此时安培力为 f安=bilab由受力分析可知 f安=mg由式并代入数据：t=495 s4如图所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距1m，导轨平面与水平面成37o角，下端连接阻值为r的电阻，匀强磁场方向与导轨平面垂直，质量为0.2kg，电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为0.25（1）求金属棒沿导轨由静止开始下滑时的加速度大小；（2）当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻r消耗的功率为8w，求该速度的大小；（3）在上问中，若r2，金属棒中的电流方向由a到b，求磁感应强度的大小与方向（g10m/s2，sin37o0.6，cos37o0.8）【例5】匀强磁场磁感应强度 b=0.2 t，磁场宽度l=3rn，一正方形金属框边长ab=1m，每边电阻r=0.2，金属框以v=10m/s的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示，求：考点精炼6如图（1）所示区域（图中直角坐标系oxy的、象限）内有匀强磁场，磁感应强度方向垂直于图面向里，大小为b、半径为l、圆心角为60的扇形导线框opq以角速度绕o点在图面内沿逆时针方向匀速转动，导线框回路电阻为r。（1）求线框中感应电流的最大值i0和交变感应电流的频率f。（2） 在图（2）中画出线框转一周的时间内感应电流i随时间t变化的图象。（规定与图甲中线框的位置相应的时刻为t=0）（四）涉及多个电动势的计算问题（双杆问题）考点点拨当有两个金属杆均作切割磁感线运动时，将产生两个感应电动势，此时整个回路中的电动势为这两个电动势的和（方向相同时）或差（方向相反时）。解法1：设杆2的运动速度为v，由于两杆运动时，两杆间和导轨构成的回路中的磁通量发生变化，产生感应电动势 感应电流 杆2作匀速运动，它受到的安培力等于它受到的摩擦力， 导体杆2克服摩擦力做功的功率 解得 考点精炼7图中a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨所在平面（纸面）向里。导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的，距离为l1；c1d1段与c2d2段也是竖直的，距离为l2。x1 y1与x2 y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为和m1和m2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触。两杆与导轨构成的回路的总电阻为r。f为作用于金属杆x1y1上的竖直向上的恒力。已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用于两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率。考点精炼参考答案2解（1）每半根导体棒产生的感应电动势为e1=bl=bl2=.4103（0.5）2 v=50 v.3解：设导轨间距为l，磁感应强度为b，ab杆匀速运动的速度为v，电流为i，此时ab杆受力如图所示：由平衡条件得：f=mg+ilb 由欧姆定律得： 解得：bl=1tm v=0.4m/s f的功率：p=fv=0.70.4w=0.28w 4解答：（1）金属棒开始下滑的初速度为零，根据牛顿第二定律 mgsinmgcosma 由式解得： a4m/s2 5答案b解析：本题的考点楞次定律和电磁感应定律，先用右手定则可以判断开始时电流应为负值，其切割的有效长度是均匀增加的，当线框全部进入磁场后，再次利用右手定则可以判断此时电流应为正值，而其切割的有效长度是减小的，所以答案选择b总结：本题首先只有oq边切割磁感线产生感应电动势，转过60以后，op边进入磁场，此时回路中的磁通量不变，感应电动势为零，再转过60以后只有op边做切割磁感线运动产生反方向的电动势，如此按照顺序分析作图，就一定能正确求解本题。7解析：设杆向上的速度为v，因杆的运动，两杆与导轨构成的回路的面积减少，从而磁通量也减少。由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势的大小 回路中的电流 电流沿顺时针方向。两金属杆都要受到安培力作用，作用于杆x1y1的安培力为 方向向上，作用于杆x2y2的安培力为 方向向下，当杆作匀速运动时，根据牛顿第二定律有 三、考点落实训练4如图1所示，两根足够长的直金属导轨mn、pq平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为l，m、p两点间接有阻值为r的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直。整套装置处于磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略。让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦。（1）由b向a方向看到的装置如图2所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图；（2）在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小； （3）求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值。 图1 图25水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，问距为l，一端通过导线与阻值为r的电阻连接；导轨上放一质量为m的金属杆（见右上图），金属杆与导轨的电阻忽略不计；均匀磁场竖直向下。用与导轨平行的恒定拉力f作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度v也会变化，v与f的关系如右下图。（取重力加速度g=10m/s2）（1）金属杆在匀速运动之前做什么运动？（2）若m=0.5kg，l=0.5m，r=0.5；磁感应强度b为多大？（3）由vf图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？ omnabr7如图所示，半径为r、单位长度电阻为的均匀导体环固定在水平面上，圆环中心为o，匀强磁场垂直于水平面方向向下，磁感应强度为b。平行于直径mon的导体杆，沿垂直于杆的方向向右运动。杆的电阻可以忽略不计，杆于圆环接触良好。某时刻，杆的位置如图，aob=2，速度为v，求此时刻作用在杆上的安培力的大小。9如图所示，mn、pq为平行光滑导轨，其电阻忽略不计，与地面成30角固定n、q间接一电阻r=10，m、p端与电池组和开关组成回路，电动势e=6v，内阻r=1.0，导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的匀强磁场现将一条质量m=10g，电阻r=10 的金属导线置于导轨上，并保持导线ab水平已知导轨间距l=0.1m，当开关s接通后导线ab恰静止不动试计算磁感应强度的大小。10如图所示，光滑导轨在竖直平面内，匀强磁场的方向垂直于导轨平面，磁感应强度b=0.5 t，电源的电动势为1.5 v，内阻不计。当电键k拨向a时，导体棒（电阻为r）pq恰能静止。当k拨向b后，导体棒pq在1 s内扫过的最大面积为多少？（导轨电阻不计）考点落实训练参考答案1解析 当金属棒ab所受恒力f与其所受磁场力相等时，达到最大速度vm .由f= 解得：vm=10 m/s.此后，撤去外力f，金属棒ab克服磁场力做功，使其机械能向电能转化，进而通过电阻r发热，此过程一直持续到金属棒ab停止运动。所以，感应电流在此过程中产生的热量等于金属棒损失的机械能，即q=5j.（2）从棒由静止开始运动至达到稳定速度的过程中，电动机提供的能量转化为棒的机械能和内能，由能量守恒定律得：解得 t=1s（3）当时，ab杆达到最大速度vm （3）由直线的截距可以求得金属杆受到的阻力f，f=2（n） 若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力，由截距可求得动摩擦因数 6解：当金属棒速度恰好达到最大速度时，受力分析，则mgsin=f安 解得f安=0.5n据法拉第电磁感应定律：e=blv 据闭合电路欧姆定律：i= f安=bil 由以上各式解得最大速度v =5m/s 下滑过程据动