电磁感应电路分析与电源分析

电磁感应电路分析与电源分析电磁感应电路分析与电源分析 高考对电磁感应电路的考查命题 常以学科内综合题目呈现 涉及电磁感应定律 直 流电路 功 动能定理 能量转化与守恒等多个知识点 突出考查考生理解能力 分析综 合能力 尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力 变换物理模型 将陌生的 物理模型与熟悉的物理模型相比较 分析异同并从中挖掘其内在联系 从而建立起熟悉模 型与未知现象之间相互关系 例例 1 如图所示 MN PQ 为两平行金属导轨 M P 间连有一 阻值为 R 的电阻 导轨处于匀强磁场中 磁感应强度为 B 磁场方 向与导轨所在平面垂直 图中磁场垂直纸面向里 有一金属圆环沿两 导轨滑动 速度为 v 与导轨接触良好 圆环的直径 d 与两导轨间 的距离相等 设金属环与导轨的电阻均可忽略 当金属环向右做匀速 运动时 A 有感应电流通过电阻 R 大小为 R dBv B 有感应电流通过电阻 R 大小为 R dBv C 有感应电流通过电阻 R 大小为 R dBv2 D 没有感应电流通过电阻 R 错解分析 1 搞不清电源的连接情况 2 搞不清切割磁感线的有效长度 解题方法与技巧 将圆环转换为并联电源模型 如图 两电源应为并联关系 答案为 B 例例 2 两根相距 d 0 20 m 的平行金属长导轨固定在同一水平 面内 并处于竖直方向的匀强磁场中 磁场的磁感应强度 B 0 20 T 导轨上面横放着两条金属细杆 构成矩形闭合回路 每条金属细杆的电阻为 r 0 25 回路中其余部分的电阻可不 计 已知两金属细杆在平行导轨的拉力作用下沿导轨朝相反方 向匀速平移 速度大小都是 v 5 0 m s 如图所示 不计导轨上的摩擦 1 求作用于每条金属细杆的拉力的大小 2 求两金属细杆在间距增加 0 40 m 的滑动过程中共产生的热量 错解分析 1 不会用能量的观点解决问题 2 搞不清两电源串联关系 解题方法与技巧 1 设匀强磁场方向竖直向上 在两金属杆匀速平移的过程 中 等效电路如图所示 即两杆可以等效为两个串联的同样的 电源 E0 根据能量转化和守恒定律 当杆匀速运动时 两 例 1 例 2 拉力 F 的机械总功率等于闭合电路的热功率 即 所以 每根金属杆受到的拉力大小为 2 在两金属杆增加距离 L 的过程中 产生的热量就等于两拉力所做的功 即 2F L 2 F L 1 28 10 2J 例例 3 据报道 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 5 103 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 4 10 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 错解分析 不能于现实情景中构建模型 切割磁感线的导体棒模型 并进行模型转换 转换为电源模型及直流电路模型 解题方法与技巧 将飞机下金属悬绳切割磁感线产生感应电 动势看作电源模型 当 它通过电离层放电可看作直流电路模型 如图 15 4 所示 1 金属绳产生的电动势 E Blv 4 10 5 20 103 6 5 103 V 5 2 103 V 2 悬绳两端电压 即路端电压可由闭合电路欧姆定律得 U E Ir 5 2 103 3 800 V 2 8 103 V 3 飞机绕地运行一周所需时间 t s 9 1 103 s v R 2 3 33 105 6 103000106400 14 3 2 则飞机绕地运行一圈输出电能 E UIt 2800 3 9 1 103 6 107 例例 4 如图所示 竖直向上的匀强磁场 磁感应强度 B 0 5 T 并且以 0 1 T s 在变化 水平轨道电阻不计 且不计摩擦阻力 t B 宽 0 5 m 的导轨上放一电阻 R0 0 1 的导体棒 并用水平线通过 定滑轮吊着质量 M 0 2 kg 的重物 轨道左端连接的电阻 R 0 4 图中的 l 0 8 m 求至少经过多长时间才能吊起重物 错解分析 1 不善于逆向思维 采取执果索因的有效途径 探寻解题思路 2 实际运算过程忽视了 B 的变化 将 B 代入 F 安 BIlab 导致错解 例 4 解题方法与技巧 由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势 E t B S t 由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流 I RR E 0 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 t B 此时安培力为 F安 B Ilab 由受力分析可知 F安 mg 由 式并代入数据 t 495 s 小结 小结 电磁感应电路的分析与计算以其覆盖知识点多 综合性强 思维含量高 充分体现 考生能力和素质等特点 成为历届高考命题的特点 解决电