高中物理谈运用电磁感应定律的解题策略知识点分析新人教版选修3

谈运用电磁感应定律的解题策略谈运用电磁感应定律的解题策略 运用电磁感应规律的题型 涉及知识面广 物理模型种类多 综合性强 对能力要求高 它可以与力 学问题结合起来 又可以和电路问题联系在一起 解决问题时 必须弄清所给问题中的物理状态 物理过 程和物理情景 找出其中起主要作用的因素及有关条件 把一个复杂问题分解为若干较简单的问题 然后 找出它们之间的联系 灵活地运用有关物理知识来求解问题 下面分几种类型说明其应用 1 1 磁通量变化型 磁通量变化型 法拉第电磁感应定律是本章的核心 它定性说明了电磁感应现象的原因 也定量给出了计算感应电动 势的公式 t nE 根据不同情况 该公式有三种不同的表达形式 如果B不变 S变化时 有 t S nBE 如果S不变 B变化时 有 t B nSE 如果B和S同时改变时 有 t BS nE 例例 1 1 09 09 全国全国 IIII 如图 1 匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向里 大小随时间的变化率 B k t k 为负的常量 用电阻率为 横截面积为S的硬导线做成一边长为l的方框 将方框固 定于纸面内 其右半部位于磁场区域中 求 1 导线中感应电流的大小 2 磁场对方框作用力的大小随时间的变化 解析 1 线框中产生的感应电动势kl t sB t 2 2 1 在线框产生的感应电流 R I s l R 4 联立 得 8 kls I 2 导线框所受磁场力的大小为BIlF 它随时间的变化率为 t B Il t F 由以上式联立可得 8 22 slk t F 点评 本题主要考查了涉及磁通量变化的几个相关物理量 很明显 只有对基本概念的深入理解和 对基本规律的正确运用 才能作出正确的解答 2 2 切割磁感线型 切割磁感线型 导体在磁场中做切割磁感线运动时 感应电动势大小虽然可以由 t nE 来求解 但运用 sinBLvE 求解更方便 特别是求瞬时感应电动势就更为迅速 具体有三种特殊情况 平动切割 公 图 1 式为 sinBLvE 转动切割 公式为 2 2 1 BLE L为有效切割边 v取平均速度 即中点位置的 线速度 L 2 1 线圈匀速转动切割 最大感应电动势为线圈平面与磁感线平行时 公式为 nBSEm n为线圈匝数 S为线圈面积 例例 2 2 如图 2 所示 两条平行且足够长的金属导轨置于磁感应强度为 B 的匀强磁场中 B 的方向垂直 导轨平面 两导轨间距为 L 左端接一电阻 R 右端接一电容器 C 其余电阻不计 长为 2L 的导体棒 ab 如 图所示放置 从 ab 与导轨垂直开始 在以 a 为圆心沿顺时针方向的角速度 匀速旋转 900的过程中 求通 过电阻 R 的电量 解析解析 以 a 为圆心 ab 顺时针旋转至 600时 导体有效切割边最长为 2L 故此时感应电动势为最大 且为 2 2 2 1 2 2 2LB L LBE 此时电容器被充电CBLCEq 2 1 2 在这一过程中通过 R 的电量 R BL t tR SB t R E tIq 2 3 2 2 注意到从 600旋转到 900的过程中 电容器放电 带电量 q1将全部通过电阻 R 故整个过程中通过 R 的 总电量为 R BL CBLqqq 2 3 2 2 2 21 点评 本题求解感应电动势大小时 应分别求出其平均值和瞬时值 并注重状态分析和过程分析 其中用到的知识和方法 望读者认真掌握 3 3 力学问题综合型 力学问题综合型 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用 因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在 一起 解此类型问题的一般思路是 先由法拉第电磁感应定律求感应电动势 然后根据欧姆定律求感应电 流 再求出安培力 再往后就是按纯力学问题的处理方法 如进行受力情况分析 运动情况分析及功能关 系分析等 例例 3 3 09 09 上海 上海 如图 3 光滑的平行金属导轨水平放置 电阻不计 导轨间距为 l 左侧接一阻值为 R 的电阻 区域 cdef 内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场 磁场宽度为 s 一质量为 m 电阻为 r 的金属棒 MN 置于导轨上 与导轨垂直且接触良好 受到 F 0 5v 0 4 N v 为金属棒运动速度 的水平力作用 从磁场的左边界由静止开始运动 测得电阻两端电压随时间均匀增大 已知 l 1m m 1kg R 0 3 r 0 2 s 1m 1 分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动 2 求磁感应强度 B 的大小 图 2 3 若撤去外力后棒的速度 v 随位移 x 的变化规律满足 v v0 x 且棒在运动到 ef 处时恰好 B2l2 m R r 静止 则外力 F 作用的时间为多少 4 若在棒未出磁场区域时撤去外力 画出棒在整个运动过程中速度随位移的变化所对应的各种可 能的图线 解析解析 1 金属棒做匀加速运动 R 两端电压 U I v U 随时间均匀增大 即 v 随时间均匀增大 加速度为恒量 2 根据牛顿第二定律有 F ma B2l2v R r 以 F 0 5v 0 4 代入得 0 5 v 0 4 a a 与 v 无关 所以 a 0 4m s2 0 5 0 得 B2l2 R r B2l2 R r B 0 5T 3 根据x1 at2 v0 x2 at x1 x2 s 所以at2 at s 得 1 2 B2l2 m R r 1 2 m R r B2l2 0 2t2 0 8t 1 0 t 1s 4 可能图线如下 点评 本题是典型的运用力学观点分析解答的电磁感应问题 注重进行力的分析 运动状态分析以 图像分析等 涉及的知识点较多 综合性较强 在平时的学习中适当训练一些这类习题 将有利于培养综 合分析问题和解题能力 M