（浙江选考）高考物理二轮复习专题七计算题题型强化第4讲加试计算题23题电磁感应规律的综合应用课件.ppt

第4讲加试计算题23题电磁感应规律的综合应用 专题七计算题题型强化 题型2动力学和能量观点的综合应用 题型1电磁感应中的动力学问题 命题预测 1 2017 浙江 七彩阳光 联考 半径为2r的圆形金属导轨固定在一水平面内 一根长也为2r 电阻为R的金属棒OA一端与金属导轨接触良好 另一端固定在中心转轴上 现有方向 俯视 如图1所示 大小为B1的匀强磁场 中间半径为r的地方无磁场 另有一水平金属导轨MN用导线连接金属圆环 M N 用导线连接中心轴 导轨上放置一根金属棒CD 其长度L与水平金属导轨宽度相等 金属棒CD的电阻2R 质量为m 与水平导轨之间的动摩擦因数为 水平导轨处在竖直向上的匀强磁场B2中 金属棒CD通过细绳 定滑轮与质量也为m的重物相连 重物放置在水平地面上 所有接触都良好 金属棒CD受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 忽略其他摩擦和其他电阻 重力加速度为g 则 图1 1 2 1 若金属棒OA以角速度 0顺时针转动 俯视 求 感应电动势及接在水平导轨上的理想电压表的电压 答案 解析 1 2 答案见解析 电压表示数UV I 2R B1 0r2 2 若金属棒OA顺时针转动 俯视 的角速度随时间变化的关系为 kt 求 重物离开地面之前支持力随时间变化的表达式 答案 解析 1 2 答案见解析 重物离开地面之前受力平衡FN FT mg 所以FN mg 1 2 2 2017 金华市高二上期末 如图2甲所示 在粗糙的水平面上有一滑板 滑板上固定着一个用粗细均匀的导线绕成的正方形闭合线圈 匝数N 10 边长L 0 4m 总电阻R 1 滑板和线圈的总质量M 2kg 滑板与地面间的动摩擦因数 0 5 前方有一长4L 高L的矩形区域 其下边界与线圈中心等高 区域内有垂直线圈平面的水平匀强磁场 磁感应强度大小按如图乙所示的规律变化 现给线圈施加一水平拉力F 使线圈以速度v 0 4m s匀速通过矩形磁场 t 0时刻 线圈右侧恰好开始进入磁场 g 10m s2 求 模拟训练 图2 1 2 1 2 1 t 0 5s时线圈中通过的电流 答案 解析 答案0 4A 解析线圈切割磁感线 1 2 2 线圈左侧进入磁场区域前的瞬间拉力F的大小 答案 解析 答案10 8N 解析线圈因匀速运动将要全部进入前 上边导线所受向下的总安培力F2 NBI1L 0 8N滑动摩擦力Ff Mg F2 10 4N故拉力 F F1 Ff 10 8N 1 2 3 线圈通过图中矩形区域的整个过程中拉力F的最大值与最小值之比 答案 解析 答案54 49 解析线圈左侧进入磁场区域后的瞬间拉力有最小值Fmin 线圈上边受到向上的最大安培力F3 NBI2L 0 4N此时拉力Fmin Mg F3 9 8N所以最大值与最小值之比为54 49 规律总结 1 电磁感应中动力学问题的基本特点导体棒运动产生感应电动势 感应电流 通电导体棒受安培力 合外力变化 加速度变化 速度变化 周而复始地循环 最终导体棒的加速度等于零 导体棒达到稳定运动状态 要抓住a 0时速度v达到最大的特点 2 用牛顿运动定律处理电磁感应问题的基本思路 命题预测 1 2017 杭州市高三上期末 某同学在学习电磁感应后 认为电磁阻尼能够承担电梯减速时大部分制动的负荷 从而减小传统制动器的磨损 如图3甲所示 是该同学设计的电磁阻尼制动器的原理图 电梯箱与配重质量都为M 通过高强度绳子套在半径r1的承重转盘上 且绳子与转盘之间不打滑 承重转盘通过固定转轴与制动转盘相连 制动转盘上固定了半径为r2和r3的内外两个金属圈 如图乙 金属圈内阻不计 两金属圈之间用三根互成120 的辐向导体棒连接 每根导体棒电阻均为R 制动转盘放置在一对励磁线圈之间 励磁线圈产生垂直于制动转盘的匀强磁场 磁感应强度为B 磁场区域限制在120 辐向角内 如图乙阴影区所示 若电梯箱内放置质量为m的货物一起以速度v竖直上升 电梯箱离终点 图中未画出 高度为h时关闭动力系统 仅开启电磁制动 一段时间后 电梯箱恰好到达终点 图3 1 2 1 若在开启电磁制动瞬间 三根金属棒的位置刚好在图乙所示位置 则此时制动转盘上的电动势E为多少 此时a与b之间的电势差有多大 答案 解析 1 2 答案见解析 Uab I 0 5R 1 2 2 若忽略转盘的质量 且不计其他阻力影响 则在上述制动过程中 制动转盘产生的热量是多少 答案见解析 答案 解析 1 2 3 若要提高制动的效果 试对上述设计做出两处改进 答案见解析 答案 解析 1 2 解析增加励磁电流 减小金属棒的电阻 增加金属棒的数目 用实心的金属材料做整个金属盘 增加外金属圈的半径r3 减小内金属圈的半径r2 减小承重转盘的半径r1 任选两项即可 2 2017 浙江名校新高考联盟联考 平行直导轨由水平部分和倾斜部分组成 导轨间距L 0 5m PQ是分界线 倾斜部分倾角为 30 PQ右侧有垂直于斜面向下的匀强磁场B2 1T PQ左侧存在着垂直于水平面但方向未知 大小也为1T的匀强磁场B1 如图4所示 质量m 0 1kg 电阻R 0 1 的两根金属细杆ab和cd垂直放于该导轨上 其中ab杆光滑 cd杆与导轨间的动摩擦因数为 导轨底端接有R 0 1 的电阻 开始时ab cd均静止于导轨上 现对ab杆施加一水平向左的恒定外力F 使其向左运动 当ab杆向左运动的位移为x时开始做匀速直线运动 此时cd刚要开始沿斜面向上运动 仍保持静止 再经t 0 4s撤去外力F 最后ab杆静止在水平导轨上 整个过程中电阻R的发热量为Q 1 0J 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 g 10m s2 模拟训练 图4 1 2 1 判断B1磁场的方向 答案见解析 解析由左手定则可判断cd杆中电流从d流向c 即ab杆中电流从a流向b 由右手定则可判断 B1的方向为竖直向下 答案 解析 1 2 2 刚撤去外力F时ab杆的速度v的大小 答案见解析 解析当cd即将开始向上运动时 cd杆受力平衡 可得 B2IcdL mgsin mgcos 得 Icd 2 5AIab 2Icd由闭合电路欧姆定律和法拉第电磁感应定律可得 v 1 5m s 1 2 答案 解析 3 求ab杆的最大加速度a和加速过程中的位移x的大小 答案见解析 答案 解析 1 2 解析当速度达到最大时ab杆受力平衡 即F B1IabL解得F 2 5N而ab杆刚开始运动时水平方向只受拉力作用 此时加速度最大F ma a 25m s2对ab杆进行受力分析 ab杆从开始到最后 其初 末速度都为0 由动能定理可得Fx W安 0 0 W安 6Q解得x 2 4mx x vt 1 8m 1 2 规律总结 1 电磁感应现象遵守能量守恒定律 电磁感应现象中产生的电能 一定是由其他形式的能转化而来的 从电磁感应现象产生的机理来区分 分为两种情况 1 单纯的磁场变化 磁能 电能 电路中的内能 或其他形式的能 2 导体切割磁感线 机械能 电能 电路中的内能 或其他形式的能