专题13电磁感应

北京英才苑网站 http www ycy com cn 版权所有 盗版必 究 1 子 新课标 高三物理 人教版 第二轮专题讲座 物理 3 2 选修教材 必考内容 专题十专题十 电磁感应电磁感应 课时安排 课时安排 2 课时课时 教学目标 教学目标 1 进一步深化对电磁感应一章基本概念和基本规律的理解 能够应用相关概念 和规律解决问题 2 应用相关的概念和规律分析解决电磁感应综合问题 本讲重点 本讲重点 电磁感应的基本概念和基本规律 电磁感应综合问题 本讲难点 本讲难点 1 电磁感应的基本概念和基本规律 2 电磁感应综合问题 一 考纲解读一 考纲解读 本专题涉及的考点有 电磁感应现象 磁通量 法拉第电磁感应定律 楞次定律 自感 涡流 大纲 对电磁感应现象 磁通量 自感 涡流等考点为 类要求 而对法拉第电磁感 应定律 楞次定律等考点为 类要求 电磁感应的题目往往综合性较强 与前面的知识联系较多 涉及力学知识 如牛顿运动 定律 功 动能定理 能量守恒定律等 电学知识 如电磁感应定律 楞次定律 安培力 直流电路知识 磁场知识等 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 二 命题趋势二 命题趋势 本部分内容是历年高考考查的重点 年年都有考题 且多为计算题 分值高 难度大 对考生具有较高的区分度 电磁感应图象问题也是高考常考的题型之一 这类问题常常是给 出电磁感应过程要求选出或画出正确的图象 这类问题既要用到电磁感应知识 又要用到数 学中函数图象知识 对运用数学知识求解物理问题的能力要求较高 是不少同学都感到困难 的问题 因此 本专题是复习中应强化训练的重要内容 三 例题精析三 例题精析 北京英才苑网站 http www ycy com cn 版权所有 盗版必 究 2 例 1 在如图所示的倾角为 的光滑斜面上 存在着两个磁感应强度大小为 B 的匀强 磁场 区域 I 的磁场方向垂直斜面向上 区域 的磁场方向垂直斜面向下 磁场的宽度均为 L 一个质量为 m 电阻为 R 边长也为 L 的正方形导线框 由静止开始沿斜面下滑 当 ab 边刚越过 GH 进入磁场 区时 恰好以速度 v1做匀速直线运动 当 ab 边下滑到 JP 与 MN 的 中间位置时 线框又恰好以速度 v2做匀速直线运动 从 ab 进入 GH 到 MN 与 JP 的中间位置 的过程中 线框的动能变化量为 Ek 重力对线框做功大小为 W1 安培力对线框做功大小为 W2 下列说法中正确的有 A 在下滑过程中 由于重力做正功 所以有 v2 v1 B 从 ab 进入 GH 到 MN 与 JP 的中间位置的过程中 机械能守恒 C 从ab 进入GH 到MN 与JP 的中间位置的过程 有 W1 Ek 机械能转化为电能 D 从 ab 进入 GH 到 MN 与 JP 的中间位置的过程中 线框动能的变化量大小为 Ek W1 W2 解析 解析 当线框的 ab 边进入 GH 后匀速运动到进入 JP 为止 ab 进入 JP 后回路感应电动 势增大 感应电流增大 因此所受安培力增大 安培力阻碍线框下滑 因此 ab 进入 JP 后开 始做减速运动 使感应电动势和感应电流均减小 安培力又减小 当安培力减小到与重力沿 斜面向下的分力 mgsin 相等时 以速度 v2做匀速运动 因此 v2 v1 A 错 由于有安培力做 功 机械能不守恒 B 错 线框克服安培力做功 将机械能转化为电能 克服安培力做了多 少功 就有多少机械能转化为电能 由动能定理得 W1 W2 Ek W2 W1 Ek 故CD正确 答案 CD 题后反思 题后反思 本题以斜面上矩形线框进入磁场产生电磁感应现象为背景 考查感应电动势 大小的计算 安培力 平衡条件 能的转化与守恒等较多知识点 情景复杂 对数学应用能 力要求较高 考查考生对基础知识的掌握和分析综合能力 此类试题 在近年来高考中出现 的频率非常高 例例 2 如图所示 两条水平虚线之间有垂直于纸面向里 宽度为 d 磁感应强度为 B 的匀强磁场 质量为 m 电阻为 R 的正方形线圈边长为 L L W2 B W1 W2 C W1 W2 D 以上结论都不正确 7 如图所示 竖直放置的螺线管与导线 abcd 构成回路 导线所围区域内有一垂直纸面 向里的变化的匀强磁场 螺线管下方水平桌面上有一导体圆环 导线 abcd 所围区域内磁场的 磁感强度按下列哪一图线所表示的方式随时间变化时 导体圆环将受到向上的磁场作用力 8 物理实验中 常用一种叫做 冲击电流计 的仪器测定通过电路的电荷量 如图所示 将探测线圈 A 与冲击电流计 G 串联后测定磁场的磁感应强度 已知线圈的匝数为 N 面积为 S 线圈与冲击电流计组成的回路的总电阻为 R 将线圈放在被测匀强磁场中 开始时线圈平 面与磁场垂直 双刀双置开关 K 置于 1 位置 现把开关 K 从 1 扳到 2 测出通过线圈的电荷 量为 q 由上述数据可得出被测磁场的磁感应强度为 A B S qR NS qR C D NS qR 2S qR 2 9 如图所示 光滑无电阻的金属框架 MON 竖直放置 水平方向的匀强磁场垂直 MON 平面 质量为 m 的金属棒 ab 从 abO 60 的位置由静止释放 两端沿框架在重力作用下滑 动 在棒由图示的位置滑动到处于水平位置的过程中 ab 中感应 电流的方向是 A 由 a 到 b B 由 b 到 a C 先由 a 到 b 再由 b 到 a D 先由 b 到 a 再由 a 到 b 10 如图所示 电动机牵引一根原来静止的 长为 1m 质量为 0 1kg 的导体棒 MN 其 电阻 R 为 1 导体棒架在处于磁感应强度 B 1T 竖直放置的框架上 当导体棒上升 ab cd B t 0 A B t 0 B B t 0 D B t 0 C A K G 1 2 北京英才苑网站 http www ycy com cn 版权所有 盗版必 究 13 h 3 8m 时获得稳定的速度 导体产生的热量为 2J 电动机牵引棒时 电压表 电流表计数 分别为 7V 1A 电动机的内阻 r 1 不计框架电阻及一切摩擦 若电动机的输出功率不 变 g 取 10m s2 求 1 导体棒能达到的稳定速度为多少 2 导体棒从静止达到稳定所需的时间为多少 11 如图所示 MN PQ 是两条水平放置彼此平行的金属导轨 匀强磁场的磁感线垂 直导轨平面 导轨左端接阻值 R 1 5 的电阻 电阻两端并联一电压表 垂直导轨跨接一金 属杆 ab ab 的质量 m 0 1kg 电阻 r 0 5 ab 与导轨间动摩擦因数 0 5 导轨电阻不计 现用 F 0 7N 的恒力水平向右拉 ab 使之从静止开始运动 经时间 t 2s 后 ab 开始做匀速运动 此时电压表示数 U 0 3V 重力加速度 g 10m s2 求 ab 匀速运动时 外力 F 的功率 12 两根金属导轨平行放置在倾角为 30 的斜面上 导轨 左端接有电阻 R 10 导轨自身电阻忽略不计 匀强磁场垂直于 斜面向上 磁感强度 B 0 5T 质量为 m 0 1kg 电阻可不计的金属 棒 ab 静止释放 沿导轨下滑 金属棒 a b 与导轨间的摩擦不计 如图所示 设导轨足够长 导轨宽度 L 2m 金属棒 ab 下滑过程 中始终与导轨接触良好 当金属棒下滑 h 3m 时 速度恰好达到最 大值 求此过程中金属棒达到的最大速度和电阻中产生的热量 13 如图所示 匝数 N 100 匝 截面积 S 0 2m2 电阻 r 0 5 的圆形线圈 MN 处于垂 A V MN 北京英才苑网站 http www ycy com cn 版权所有 盗版必 究 14 直纸面向里的匀强磁场内 磁感应强度随时间按 B 0 6 0 02t T 的规律变化 处于磁场外 的电阻 R1 3 5 R2 6 电容 C 30 F 开关 S 开始时未闭合 求 1 闭合 S 后 线圈两端 M N 两点间的电压 UMN和电阻 R2消耗的电功率 2 闭合 S 一段时间后又打开 S 则 S 断开后通过 R2的电荷量为多少 14 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 考点精炼参考答案考点精炼参考答案 1 BD 注意 电流最大时 变化率为零 线圈中无感应电流 线框不受力 电流为零 时 感应电流最大 但所在处磁场为零 也不受力 2 AD 根据安培定则和楞次定律判断 AD 正确 3 D AB 杆做匀速运动时 AB 杆两端电压与电容器两端电压相等 此时电容器上无充 放电电流 但 当 AB 杆做加速运动时 电容器上有充放电电流 0 2 I0 1 I 00 21 II 4 A 磁感应强度随时间均匀变化时 感应电流大小恒定 导体棒受力大小恒定 故 R2 R1 S C N M 北京英才苑网站 http www ycy com cn 版权所有 盗版必 究 15 CD 均错误 再由楞次定律 左手定则及平衡条件可知 A 正确 5 B 由楞次定律可判断 B 正确 6 B 两种情况下 PQ 最终速度都相等 由能量守恒可得 W1 W2 7 A 穿过环的磁通量减少时 环受到向上的作用力 则 abcd 中的感应电流减小 此 时要求 abcd 内磁通量变化率减小 故 A 选项正确 8 C 由 得 C 正确 R BS Nt tR NtIq 2 9 D 回路面积先增加后减小 根据楞次定律可知感应电流先由 b 到 a 再由 a 到 b 10 解 1 电动机的输出功率为W6 2 rIIUP AAV F安 ILB R vLB 22 当速度稳定时 由平衡条件得 R vLB mg v P 22 解得 v 2m s 2 由动能定律 2 1 2 PtQmghmv 解得 t 1s 11 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 R U rR BLv I 解得 BL 1T m v 0 4m s F 的功率 P Fv 0 7 0 4W 0 28W 12 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 E R F安 BIL 由以上各式解得最大速度 v 5m s 下滑过程据动能定理得 mgh W mv2 1 2 北京英才苑网站 http www ycy com cn 版权所有 盗版必 究 16 解得 W 1 75J 此过程中电阻中产生的热量 Q W 1 75J 13 1 线圈中感应电动势 100 0 02 0 20 4V B ENNS tt 通过电源的电流强度 12 0 4 0 04A 3 560 5 E I RRr 线圈两端 M N 两点间的电压 0 40 04 0 50 38V MN UEIr 电阻 R2消耗的电功率 23 22 0 04 0 04 69 6 10 WPI R 2 闭合 S 一段时间后 电路稳定 电容器 C 相当于开路 其两端电压 UC等于 R2两 端的电压 即 2 0 04 60 24V c UIR 电容器充电后所带电荷量为 66 30 100 247 2 10 C c QCU 当 S 再断开后 电容器通过电阻 R2放电 通过 R2的电荷量为 6 7 2 10 C 14 解法 1 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 vllBE 12 回路中的电流 R E I 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 IBlf 11 方向向上 作用于杆 x2y2的安培力为 IBlf 22 方向向下 当杆作匀速运动时 根据牛顿第二定律有 0 2121 ffgmgmF 解以上各式得 12 21 llB gmmF I R llB gmmF v 2 12 2 21 作用于两杆的重