2012届高三物理一轮复习 电磁感应的综合应用问题导学案

用心 爱心 专心 1 20122012 届高三物理一轮复习导学案届高三物理一轮复习导学案 十 电磁感应 十 电磁感应 6 6 电磁感应的综合应用问题电磁感应的综合应用问题 目标 1 进一步加深对法拉第电磁感应定律理解 2 学会用力学规律和能量的观点分析电磁感应问题 导入 电磁感应现象中的综合问题因可以覆盖高中力学 电学的所有考点而成为高考物理中的 制高点和决定物理成绩的瓶颈 题型全 从选择到解答题及作图题 无所不有 设问方式灵 活 有定性的判断 更有定量的计算 试题难度偏高 尤其是解答题 综合性强 知识涉及 面广 方法技巧性强 再现率高 达 100 成为必考 从近几年高考来看 利用法拉第电磁感应定律及相关公式来计算电动势仍是热点 而电 磁感应定律中的力学 电学和能量问题仍是长期考向 理论联系实际类考题会成为主流 导研 例 1 在开展研究性学习的过程中 某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置 如图 所示 在轮子的边缘贴上小磁体 将小线圈靠近轮边放置 接上数据采集器和电脑 即 DIS 实验器材 如果小线圈的面积为S 圈数为N匝 小磁体 附近的磁感应强度最大值为B 回路的总电阻为R 实 验发现 轮子转过 角 小线圈的磁感应强度由最大值 变为零 因此 他说 只要测得此时感应电流的平均值 I 就可以测出转轮转速的大小 请你运用所学的知识 通过计算对该同学的结论作出评价 例 2 如图甲所示 x轴沿水平方向 有一用钕铁硼材料制成的圆柱形强磁体 M 其圆形端 面分别为 N 极和 S 极 磁体的对称中心置于x轴的原点 O 现有一圆柱形线圈 C 从x轴负方 向较远处开始沿x轴正方向做匀速直线运动 圆形线圈的中心轴始终与x轴重合 且其圆面 始终与x轴垂直 在线圈两端接一阻值R 1000 的定值电阻 现用两个传感器 一个测得 通过圆环的磁通量随圆环位置的变化图像 如图 8 乙所示 另一个测得R两端的电压随时间 变化的图像 如图 8 丙 已知在乙图像的图线上 x 6mm 的点的切线斜率最大 图丙中时刻 6s 到 10s 之间的图线可近似的看成直线 则圆形线圈做匀速直线运动的速度大小是 m s 6s 至 8s 期间流过电阻R的电量是 C 用心 爱心 专心 2 例 3 如图 A 所示 固定于水平桌面上的金属架cdef 处在一竖直向下的匀强磁场中 磁 感强度的大小为B0 金属棒ab搁在框架上 可无摩擦地滑动 此时adeb构成一个边长为l的 正方形 金属棒的电阻为r 其余部分的电阻不计 从t 0 的时刻起 磁场开始均匀增加 磁感强度变化率的大小为k k B t 求 1 用垂直于金属棒的水平拉力F使金属棒保持静止 写出F随t变化的关系式 2 如果竖直向下的磁场是非均匀增大的 即k不是常数 金属棒以速度v0向什么方向匀 速运动时 可使金属棒中始终不产生感应电流 写出该磁感强度Bt随时间t变化的关系式 3 如果非均匀变化磁场在 0 t1时间内的方向竖直向下 在t1 t2时间内的方向竖直向上 若t 0 时刻和t1时刻磁感强度的大小均为B0 且adeb的面积均为l2 当金属棒按图 B 中的规律运动时 为使金属棒中始终不产生感应电流 请在图 C 中示意地画出变化的磁场 的磁感强度Bt随时间变化的图像 t1 t0 t2 t1 l v 例 4 用密度为d 电阻率为 横截面积为A的薄金属条制成 边长为L的闭合正方形框abb a 如图所示 金属方框水平放 在磁极的狭缝间 方框平面与磁场方向平行 设匀强磁场仅存 在于相对磁极之间 其他地方的磁场忽略不计 可认为方框的 aa 边和 bb 边都处在磁极之间 极间磁感应强度大小为B 方框 用心 爱心 专心 3 从静止开始释放 其平面在下落过程中保持水平 不计空气阻力 1 求方框下落的最大速度vm 2 当方框下落的加速度为 g 2 时 求方框的发热功率P 3 已知方框下落时间为t时 下落高度为h 其速度为vt vt vm 若在同一时间t内 方框内产生的热与一恒定电流I0在该框内产生的热相同 求电流I0的表达式 例 5 南通 扬州 泰州三市南通 扬州 泰州三市 20082008 届高三第二次调研测试届高三第二次调研测试 如图甲所示 光滑绝缘 水平 面上一矩形金属线圈 abcd 的质量为 m 电阻为 R ad 边长度为 L 其右侧是有左右边界的 匀强磁场 磁场方向垂直纸面向外 磁感应强度大小为 B ab 边长度与有界磁场区域宽度相 等 在 t 0 时刻线圈以初速度 v0 进入磁场 在 t T 时刻线圈刚好全部进入磁场且速度为 vl 此时对线圈施加一沿运动方向的变力 F 使线圈在 t 2T 时刻线圈全部离开该磁场区 若 上述过程中线圈的 v t 图象如图乙所示 整个图象关于 t T 轴对称 1 求 t 0 时刻线圈的电功率 2 线圈进入磁场的过程中产生的 焦耳热和穿过磁场过程中 F 做的功 分别为多少 3 若线圈的面积为 S 请运用牛 顿第二运动定律和电磁学规律证明 在线圈进入磁场过程中 v0 v1 B2LS mR 导练 1 20082008 届上海七校高三联考 届上海七校高三联考 如图所示 两根不计电阻的金属导线MN与PQ放在水平面内 MN是直导线 PQ的PQ1段是直导线 Q1Q2段是弧形导线 Q2Q段是直导线 MN PQ1 Q2Q相 互平行 M P间接入一个阻值R 0 25 的电阻 一根质量为 1 0 kg 且不计电阻的金属棒 AB能在MN PQ上无摩擦地滑动 金属棒始终垂直于MN 整个装置处于磁感应强度B 0 5T 的匀强磁场中 磁场方向竖直向下 金属棒处于位置 I 时 给金属棒一个向右的速度 v1 4 m s 同时方向水平向右的外力F1 3 N 作用在金属棒上使金属棒向右做匀减速直线运 动 当金属棒运动到位置 II 时 外力方向不变 大小变为F2 金属棒向右做匀速直线运 动 再经过时间t 2 s 到达位置 III 金属棒在位置 I 时 与MN Q1Q2接触于a b 两点 a b的间距L1 1 m 金属棒在位置 II 时 棒与MN Q1Q2接触于c d两点 已知 位置 I II 间距为s1 7 5 m 求 1 金属棒从位置 I 运动到位置 II 的过程中 加速度的大小 2 c d两点间的距离L2 3 外力F2的大小 M A s1 s2 N a c R b P Q1 d Q2 Q I II III 用心 爱心 专心 4 4 金属棒从位置 I 运动到位置 II 的过程中 电阻R上放出的热量Q 2 高频焊接是一种常用的焊接方法 图 1 是焊接的原理示意图 将半径为r 10cm 的待焊接 的环形金属工件放在线圈中 然后在线圈中通以高频变化电流 线圈产生垂直于工件所在平 面的匀强磁场 磁感应强度B随时间t的变化规律如图 2 所示 t 0 时刻磁场方向垂直线圈 所在平面向外 工件非焊接部分单位长度上的电阻R0 1 0 10 3 m 1 焊缝处的接触电阻为 工件非焊接部分电阻的 9 倍 焊接的缝宽非常小 不计温度变化对电阻的影响 1 求环形金属工件中感应电流的大小 在图 3 中画出感应电流随时