物理二轮复习试题第1部分---专题5---第2讲.ppt

第2讲电磁感应 1 问题分类在电磁感应现象中 回路产生的感应电动势 感应电流及磁场对导线的作用力随时间的变化规律 也可用图象直观地表示出来 如I t B t E t E x I x图象等 此问题可分为两类 1 由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函数图象 2 由给定的有关图象分析电磁感应过程 确定相关的物理量 2 分析思路 1 明确图象的种类 2 分析电磁感应的具体过程 3 结合相关规律写出函数表达式 4 根据函数关系进行图象分析 3 注意事项 1 图象中两坐标轴的意义 2 图象中的正负与物理量正负的关系 3 图象的斜率 截距的物理意义 解析 根据右手定则确定 当b c刚进入左侧磁场时 电流为正方向 C错误 根据E BLv 感应电动势和感应电流的大小与有效长度成正比 b c边在左侧磁场 有效长度随x方向逐渐增大 b c进入右侧磁场时 a d进入左侧磁场 由于两侧磁场方向相反 故有效长度为a d和b c切割磁感线有效长度之和 保持不变 且电流为负方向 故A错误 当b c边出右侧磁场时电流方向仍为正方向 故B错误 D正确 答案 D 对于线圈穿越磁场产生感应电流的图象问题 应注意以下几点 1 要划分不同的运动阶段 对每一阶段应用楞次定律和法拉第电磁感应定律进行分析 2 要根据有关物理规律找到物理量间的函数关系 以便确定图象的形状 3 线圈穿越方向相反的两磁场时 要注意有两条边都切割磁感线产生感应电动势 1 2012 宣城模拟 如图5 2 2所示 在x 0的区域内存在匀强磁场 磁场的方向垂直于纸面向里 矩形线框abcd从t 0时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动 则线框中的感应电流I 取逆时针方向的电流为正 随时间t的变化图线是 解析 线框沿x轴正方向做匀加速运动 cd边切割磁感线 根据右手定则 电流方向为顺时针 即负方向 故A C错误 再根据E BLv Bla t B错误 D正确 答案 D 2 2012 新课标全国高考 如图5 2 3 一载流长直导线和一矩形框固定在同一平面内 线框在长直导线右侧 且其长边与长直导线平行 已知在t 0到t t1的时间间隔内 直导线中电流i发生某种变化 而线框中的感应电流总是沿顺时针方向 线框受到的安培力的合力先水平向左 后水平向右 设电流i正方向与图中箭头所示方向相同 则i随时间t变化的图线可能是 解析 因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强 而线框中左右两边的电流大小相等 方向相反 所以受到的安培力方向相反 导线框的左边受到的安培力大于导线框的右边受到的安培力 所以合力与左边导线框受力的方向相同 因为线框受到的安培力的合力先水平向左 后水平向右 根据左手定则 导线框处的磁场方向先垂直纸面向里 后垂直纸面向外 根据右手螺旋定则 导线中的电流先为正 后为负 所以选项A正确 选项B C D错误 答案 A 解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是 1 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路产生感应电动势 则这部分电路就是等效电源 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 2 正确分析电路的结构 画出等效电路图 3 利用电路规律求解 主要有闭合电路欧姆定律 串并联电路性质特点 电功 电热的公式等 A 螺线管中产生的感应电动势为1VB 闭合S 电路中的电流稳定后 电阻R1的电功率为5 10 2WC 电路中的电流稳定后电容器下极板带正电D S断开后 流经R2的电荷量为3 6 10 5C 答案 C 电磁感应与电路的综合问题以法拉第电磁感应定律 欧姆定律知识为基础 考查综合运用知识解决问题的能力 将产生感应电动势的那部分电路视为电源 画出等效电路图 依据法拉第电磁感应定律求出电动势大小 然后依据欧姆定律 结合电路特点列式联立便可求解 1 2012 福州二模 法拉第曾提出一种利用河流发电的设想 并进行了实验研究 实验装置的示意图如图5 2 5所示 两块面积均为S的矩形金属板 平行 正对 竖直地全部浸在河水中 间距为d 水流速度处处相同 大小为v 方向水平 金属板与水流方向平行 地磁场磁感应强度的竖直分量为B 水的电阻率为 水面上方有一阻值为R的电阻通过绝缘导线和电键K连接到两个金属板上 忽略边缘效应 则电阻R消耗的电功率 答案 C 2 如图5 2 6所示 水平设置的三条光滑平行金属导轨a b c位于同一水平面上 a与b b与c相距均为d 1m 导轨ac间横跨一质量为m 1kg的金属棒MN 棒与三条导轨垂直 且始终接触良好 棒的电阻r 2 导轨的电阻忽略不计 在导轨bc间接一电阻为R 2 的灯泡 导轨ac间接一理想电压表 整个装置放在磁感应强度B 2T的匀强磁场中 磁场方向垂直导轨平面向下 现对棒MN施加一水平向右的拉力F 使棒从静止开始运动 若施加的水平外力功率恒定 且棒达到稳定时的速度为1 5m s 则水平外力的功率为 W 此时电压表读数为 V 解析 棒达到稳定速度1 5m s时 金属棒MN下半段产生的感应电动势Bdv 3V 灯泡中电流I 1A 金属棒MN下半段所受安培力BId 2N 水平外力的功率为P Fv 2 1 5W 3W 金属棒MN下半段两端点电压为2V 电压表读数为3V 2V 5V 答案 35 1 基本方法 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向 2 由闭合电路欧姆定律求回路中的电流 3 分析导体受力情况 包含安培力在内的全面受力分析 4 根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解 2 两种状态处理 1 导体处于平衡态 静止或匀速直线运动状态 处理方法 根据平衡条件 合外力等于零 列式分析 2 导体处于非平衡态 加速度不为零 处理方法 根据牛顿第二定律进行动态分析 或结合功能关系分析 答案 1 0 80V 2 0 80N 3 见解析 此类问题中力现象和电磁现象相互联系 相互制约 解决问题前首先要建立 动 电 动 的思维顺序 可概括为 1 找准主动运动者 用法拉第电磁感应定律和楞次定律求解电动势大小和方向 2 根据欧姆定律 求解回路中电流 3 分析安培力对导体棒运动速度 加速度的影响 从而推理得出对电路中的电流有什么影响 最后定性分析出导体棒的最终运动情况 4 列牛顿第二定律或平衡方程求解 1 2012 合肥一中模拟 如图5 2 8甲所示 MN左侧有一垂直纸面向里的匀强磁场 现将一边长为l 质量为m 电阻为R的正方形金属线框置于该磁场中 使线框平面与磁场垂直 且bc边与磁场边界MN重合 当t 0时 对线框施加一水平拉力F 使线框由静止开始向右做匀加速直线运动 当t t0时 线框的ad边与磁场边界MN重合 图乙为拉力F随时间变化的图线 由以上条件可知 磁场的磁感应强度B的大小为 答案 B 2 2011 浙江高考 如图5 2 9甲所示 在水平面上固定有长为L 2m 宽为d 1m的金属 U 型导轨 在 U 型导轨右侧l 0 5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场 且磁感应强度随时间变化规律如图5 2 9乙所示 在t 0时刻 质量为m 0 1kg的导体棒以v0 1m s的初速度从导轨的左端开始向右运动 导体棒与导轨之间的动摩擦因数为 0 1 导轨与导体棒单位长度的电阻均为 0 1 m 不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响 取g 10m s2 1 通过计算分析4s内导体棒的运动情况 2 计算4s内回路中电流的大小 并判断电流方向 3 计算4s内回路产生的焦耳热 答案 1 前1s导体棒做匀减速直线运动 1 4s内一直保持静止 2 0 2A 顺时针方向 3 0 04J 2 明确功能关系 确定有哪些形式的能量发生了转化 如有摩擦力做功 必有内能产生 有重力做功 重力势能必然发生变化 安培力做负功 必然有其他形式的能转化为电能等 3 根据不同物理情景选择动能定理 能量守恒定律 功能关系列方程求解 1 求棒ab穿越区域1磁场的过程中电阻R产生的焦耳热Q 2 求棒ab穿越n个磁场区域的过程中拉力对棒ab所做的功W 3 规定棒中从a到b的电流方向为正 画出上述过程中通过棒ab的电流I随时间t变化的图象 1 2012 合肥模拟 如图5 2 11所示 足够长的光滑U型导轨宽度为L 其所在平面与水平面的夹角为 上端连接一个阻值为R的电阻 置于磁感应强度大小为B 方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 今有一质量为m 有效电阻为r的金属杆沿框架由静止下滑 设磁场区域无限大 当金属杆下滑达到最大速度时 运动的位移为x 则 答案 B 2 2012 天津高考 如图5 2 12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l 0 5m 左端接有阻值R 0 3 的电阻 一质量m 0 1kg 电阻r 0 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B 0 4T 棒在水平向右的外力作用下 由静止开始以a 2m s2的加速度做匀加速运动 当棒的位移x 9m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Q1 Q2 2 1 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 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 3 由题意知 撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1 Q2 2 1 可得Q1 3 6J 在棒运动的整个过程中 由功能关系可知WF Q1 Q2 由 式得WF 5 4J 答案 1 4 5C 2 1 8J 3 5 4J 1楞次定律的应用易出现错误楞次定律中的感应电流的磁场 阻碍 作用并不是阻止 其实质是延缓磁通量的变化 阻碍更不是相反 而是 增反减同 即原磁通量增加 感应电流的磁场与原磁场方向相反 原磁通量减小 感应电流的磁场与原磁场方向相同 感应电流的磁场阻碍的是磁通量的变化 而不是磁通量本身 2右手定则和左手定则 安培定则的辨析在分析判断感应电流的方向时 右手定则与左手定则容易相混 要抓住 因果关系 才能避免出错 因动而电 用右手 因电而动 用左手 不能错误地认为只要判断电流的方向就用 右手 定则 而要分清是感应电流的方向还是原电流的方向 3 磁通量 磁通量变化量 和 磁通量变化率 易混淆由法拉第电磁感应定律可知 感应电动势与磁通量的变化率成正比 与磁通量和磁通量的变化量均无关 计算磁通量变化量时 要注意区分磁通量的正负 若穿入闭合回路的磁通量为正 则穿出闭合回路的磁通量为负 例如面积为S的闭合线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中由中性面位置旋转180 在此过程中磁通量的变化量 2BS 而不是零 4公式E BLv的应用易出现错误利用公式E BLv 要注意B L v必须互相垂直 且L为导体切割磁感线的有效长度 5电磁感应电路问题易出现的错误闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时 要正确判断哪部分导体做切割磁感线运动 该部分导体为电源部分 内电路 其余部分导体为外电路部分 电流在外电路由高电势流向低电势 而在内电路则由低电势流向高电势 例如 由粗细均匀的电阻丝制成边长为l的正方形线框abcd 以水平向右的速度v匀速穿过宽度为2l 磁感应强度为B的匀强磁场区域 6电磁感应能量转化问题易出现的错误易忽略某种能量或重复应用某一种能量造成错误 例如克服安培力做功 电路中产生的热量 其他能转化的电能是同一个量 列式时不能重复相加 A 线框中的感应电流方向始终不变B 线框中的感应电流一直在增大C 线框所受安培力方向始终相同D 当通过线框的磁通量最大时 线框中的感应电动势为零 解析 线框穿过磁场的过程中 线框中的磁通量先增大再减小 感应电流的方向先逆时针 再顺时针 故A错误 将线框穿过磁场的过程分为三段 感应电流先增大 再不变 再减小 故B错误 根据楞次定律 安培力的方向阻碍线框的运动 C正确 当通过线框的磁通量最大时 磁通量变