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物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 章末复习总结 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 电磁感应中需明确的问题 一、两种感应电动势 根据引起感应电动势的非静电力(非静电力移送电荷才会产生电动势，而电动势的大小也是用非静电力移送单位电荷所做的功EW/q来量度的)不同，感应电动势分为动生电动势与感生电动势动生电动势发生的微观机理是由于洛伦兹力移送电荷所致，产生动生电动势的条件是导体做切割磁感线的运动， 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 即v与B垂直，产生电动势大小EBlv，用右手定则确定电势升高的方向；感生电动势发生的微观机理为感生电场力移送电荷所致，产生感生电动势的条件是由磁场变化而引发感生电场(涡旋电场)；感生电动势大小E，用楞次定律确定电势升高的方向了解了两种电动势不同的形成机理，遇到问题就会作具体分析，全面审视 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 【例1】 如图1所示为一种电子加速器的示意图，图中D为真空细圆管，R为管的中心轴线的半径管中有带电粒子，将管放在与纸面垂直的变化磁场中，则管中的电子可做加速运动，再用一些仪器装置使带电粒子保持沿细管中心轴线的圆周运动设R1 m，管所包围的面积内磁通量变化率为3.14 Wb/s，求电子在细管内运动一周时所获得的速度(电子从静止开始被加速，e1.61019 C，me9.11031 kg) 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 解析：这是一个以核物理实验中常用的感应加速器为应用背景抽象而成的涉及感生电动势成因的问题由于垂直于管所在平面的磁场的变化，激发出感生电场，电子因感生电场力作用而加速，产生感生电动势由法拉第电磁感应定律，在管的中心轴线一周中的电动势为Et3.14 V，则电子沿轴线由静止开始运动一周，感生电场力做的功为Ee，由动能定理，电子在细管中运动一周所获得的速度满足Eemv2/2， 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 则v2Eem23.141.610199.11031 m/s1.10106 m/s. 答案：1.10106 m/s 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 二、两种电磁感应效应 电磁感应的直接结果是产生感应电动势，而实验现象之一是在闭合回路中有感应电流，产生感应电流是电磁感应在“回路闭合”这个附加条件下的间接结果因此，当我们在分析有无感应电动势时，要根据“有无切割磁感线”及“有无磁通量变化”作出独立的判断，在计算感应电动势大小的依据是法拉第电磁感应定律 E 或EBlv；而在分析有无感应电流时，则可用磁通量的观点统一描述，在计算感应电流大小时，要根据电路条件依据欧姆定律完成 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 【例2】 在一根软铁棒上绕有一组线圈，a、c是线圈的两端，b是中心抽头把a端和b端抽头分别接到两条平行金属导轨上，导轨间有匀强磁场，方向垂直于导轨所在平面并指向纸内，如图2所示，金属棒PQ在外力作用下以图示位置为平衡位置左右做简谐运动，运动过程中保持与导轨始终接触良好，下面过程中a、c点的电势都比b点高的是 ( ) 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 图2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 APQ从平衡位置向左边运动的过程中 BPQ从左边向平衡位置运动的过程中 CPQ从平衡位置向右边运动的过程中 DPQ从右边向平衡位置运动的过程中 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 解析：这里要比较的线圈ab与线圈bc两端电势差，前者是由于棒PQ有切割磁感线的运动，而线圈ab又与棒构成闭合回路，感应电流i通过线圈ab产生电压，是电磁感应的间接效应；后者则由于通过线圈的磁通量变化而在线圈bc上引起的感应电动势，是电磁感应的直接效应由此，要使a点电势高于b点，电流应自上而下地通过线圈，棒上动生电动势方向向上，这种情况只出现在PQ向右运动时，故排除选项A、D； 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 在PQ向右运动情况下，通过下线圈的磁通量(由线圈ab上电流i引起)方向是向上的，为了使电势从b到c升高，由右手定则与楞次定律知，应作减少的变化，则棒在减速切割磁感线，即处于从平衡位置向右运动的过程中，故选项C正确 答案：C 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 三、两种转动动生电动势 两种转动动生电动势分别是法拉第圆盘发电机与正弦式交流发电机的发电原理 如图3甲所示是法拉第做成的世界上第一个发电机模型的原理图把一个圆铜盘放在匀强磁场B中，使磁感线垂直通过铜盘，转动铜盘就可以获得动生电动势这是因为整个铜盘可视作由很多根从中心到边缘的辐条组成，当铜盘转动时，每根辐条都同样地切割磁感线而引起动生电动势，我们将其中任意一根辐条抽象成如图3乙所示长为l、以角速度绕其一端O匀速转动的导体棒OA，来计算棒上的电动势 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生按正弦规律变化的电动势，这是因为线圈切割边的线速度并不总是切割速度，切割速度随时间按正弦规律变化之故如图4所示，矩形线圈两条切割边ab、cd长为L，当线圈从图示位置以角速度绕中心轴匀速转动时，其线速度大小恒为vl2，但在不同时刻，线速度方向与磁场方向的夹角t各异，则切割速度v切割l2sint，线圈中电动势EBLlsintBSsint. 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 【例3】 如图5所示，1、3象限中有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，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，导线框总电阻为R.(1)求线框中感应电流的最大值I0和交变感电流的频率f；(2)在坐标中画出线框转动一周时间内感应电流变化的图象，图示位置时t0. 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 图5 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 解析：这是转动产生恒定电动势的情况，可产生的电动势大小为E12Bl2，沿半径向O为电势升高的方向，当只有一条半径在磁场中时，电路中有大小恒定的电流I0Bl22R，当QO边切割磁感线产生电动势时，电流方向为逆时针，当PO边切割磁感线产生电动势时，电流方向为顺时针，交变电流的频率为f，转一周时间内感应电流变化的图象如图6所示，规定电流方向逆时针时为正方向 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 四、两种感应电流稳态电路 图7甲、乙是两种感应电流电路，两电路中“电源”均为受有恒定外力(例如重力)的金属杆在匀强磁场中做切割磁感线产生动生电动势甲图为一纯电阻电路，乙图是一纯电容电路纯电阻电路达到稳定(电流恒定)时，杆所受恒定外力与杆上感应电流所受安培力平衡，金属杆做匀速运动，由mgBBLvRL，则速度vmgRB2L2；纯电容电路达到稳定即“电源”对电容器充电电流恒定时， 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 杆所受恒定外力与杆上感应电流所受安培力的合力恒定，金属杆做匀加速运动，由mgBCBLvtLma，则加速度amgmB2L2C. 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 【例4】 足够长的水平固定的光滑U型金属框架宽为l，其上放一质量为m的金属棒ab，左端连接有一阻值为R的电阻(金属框架、金属棒及导线的电阻均可忽略不计)，整个装置处在垂直框架向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B.现给棒ab作用一水平力F，使其从静止开始运动，最大速度为v，如图8甲所示 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 求：(1)水平力F的大小；(2)金属棒从开始运动到电阻器产生的电热为Q(此时金属棒已经达到最大速度)时，金属棒所通过的位移s；(3)如果将U形金属框架左端的电阻R换为一电容为C的电容器，金属棒ab在水平力F作用下从静止开始做匀加速运动，加速度为a，其他条件不变，如图8乙所示求水平力F的大小和金属棒从开始运动到电容器贮存的电能为E时，所经历的时间t.(不计电路向外辐射而损耗的能量) 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 解析：这里，两个电路的“电源”部分均受恒定外力作用，故达到稳定态时，纯电阻电路中电流恒定，金属棒所受安培力与外力相等，金属棒做匀速直线运动；纯电容电路中电流恒定，金属棒所受安培力与外力的合力为ma，金属棒做匀加速直线运动 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 对纯电阻电路，棒做加速度减小的加速运动，达到稳定时，外力等于此时的安培力FBBlvRl；由动能定理求出从开始运动到电阻器产生的电热为Q时有BBlvRlsQ12mv2，得s(mv22Q)R2B2l2v. 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 对纯电容电路，稳定时棒做匀加速运动，由牛顿第二定律有FBlCBlvtma，可得F(B2l2Cm)a；金属棒从静止开始做匀加速运动，在不考虑电磁辐射的条件下，外力所做的功转化为金属棒的动能和电容器所储存的能量，即F12at2E12m(at)20，得t2EB2l2Ca2. 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 答案：(1)BBlvRl (2)(mv22Q)R2B2l2v (3)(B2l2Cm)a 2EB2l2Ca2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 五、两种不同的端电压 如图9是两种端电压不同的电路图9是一段电路两端点之间只有电压降(图9甲)或只有电动势(图9乙)的电路图9甲中UabIR或UbaIR，图9乙中UabE或UbaE；图10是一段电路两端点之间既有电动势又有电压降的电路，UabEIR. 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 【例5】 如图11所示，一个圆形线圈的匝数n1000，线圈面积S200 cm2，线圈的电阻r1 ，在线圈外接一个阻值R4 的电阻，电路的b端接地，把线圈放入一个方向垂直于线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间的变化规律如Bt图所示，求a点的最高电势和最低电势 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 解析：本题中线圈上产生感生电动势相当于电源，电阻R两端只有电压降，因b接地，电势为零，故有aUab.04 s内线圈上电动势为E1nB1t1S1 V，UabE1RrR0.8 V；4 s6 s内线圈上的电动势为E2nB2t2S4 V，UabE2RrR3.2 V所以a最低0.8 V，a最高3.2 V. 答案：0.8 V 3.2 V 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 六、两个演示自感现象的电路 图12是两个演示自感现象的电路图12甲在开关S闭合瞬间，实验现象：与线圈串联的灯泡延迟正常发光；图12乙在开关S断开瞬间，由于线圈的自感作用，线圈和灯泡组成的回路中产生逆时针方向的感应电流，实验现象：电源电流切断后，灯泡继续发光，过一会儿才熄灭 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 物理 高考总复习人教版新课标 第四模块 选修3-2 【例6】 如图13所示的电路中，A