2019版高考物理大一轮优选第十章　电磁感应 第29讲

电磁感应 第十章 第29讲电磁感应定律的综合应用 栏目导航 1 电磁感应中的电路问题在电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生 该导体或回路相当于 因此 电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起 解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法如下 1 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 右手定则 确定感应电动势的 和 2 画等效电路图 3 运用闭合电路欧姆定律 串并联电路的规律 电功率等公式联立求解 感应电动势 电源 大小 方向 2 电磁感应中的动力学问题 1 导体棒的两种运动状态 平衡状态 导体棒处于静止状态或匀速直线运动状态 加速度为 非平衡状态 导体棒的加速度不为零 2 两个研究对象及其关系电磁感应中导体棒既可看作电学对象 因为它相当于电源 又可看作力学对象 因为有感应电流而受到安培力 而感应电流I和导体棒的 是联系这两个对象的纽带 零 速度v 电源 变减速 1 如图所示 用均匀导线做成的正方形线框边长为0 2m 正方形的一半放在和纸面垂直向里的匀强磁场中 当磁场以每秒10T的变化率增加时 线框中a b两点电势差 A Uab 0 1VB Uab 0 1VC Uab 0 2VD Uab 0 2V B ACD 3 如图甲所示 导体圆环所围的面积为10cm2 电容器的电容为2 F 电容器的体积很小 垂直穿过圆环的匀强磁场的磁感应强度随时间变化的图线如图乙所示 则在1s末电容器的带电荷量为 C 4s末电容器的带电荷量为 C 带正电的极板是 0 2 10 11 a 对电磁感应电源的理解 1 电源的正负极可用右手定则或楞次定律判定 要特别注意应用 在内电路中电流由负极到正极 这一规律进行判定 2 电磁感应电路中的电源与恒定电流的电路中的电源不同 前者是由于导体切割磁感线产生的 公式为E Blv 其大小可能变化 变化情况可根据其运动情况判断 而后者的电源电动势在电路分析中认为是不变的 一电磁感应中的电路问题 3 在电磁感应电路中 相当于电源的导体 或线圈 两端的电压与恒定电流的电路中电源两端的电压一样 等于路端电压 而不等于电动势 除非切割磁感线的导体或线圈电阻为零 4 在外电路电流由正极经电阻流到负极 电流经电阻R产生电势降落U IR 2 识别电路结构 画出等效电路分析电路结构 即分清等效电源和外电路及外电路的串并联关系 判断等效电源的正负极或电势的高低等 3 利用电路规律求解一般是综合应用欧姆定律 串并联电路特点 电容器充电及放电特点 电功和电功率的知识 法拉第电磁感应定律等列方程求解 1 在辐条OP转过60 的过程中 求通过LED灯的电流 2 求圆环每旋转一周 LED灯消耗的电能 3 为使LED灯闪烁发光时更亮 可采取哪些改进措施 请写出三条措施 提示 由n个电动势和内电阻都相同的电池连成的并联电池组 它的电动势等于一个电池的电动势 它的内电阻等于一个电池的内电阻的n分之一 电磁感应现象中产生的感应电流在磁场中受到安培力的作用 从而影响导体棒 或线圈 的受力情况和运动情况 1 两种状态及处理方法 二电磁感应中的动力学问题 2 力学对象和电学对象的相互关系 四步法 分析电磁感应中的动力学问题解决电磁感应中动力学问题的一般思路是 先电后力 具体思路如下 答案0 4m s22A3m s 三电磁感应中的能量问题 例3 2018 浙江宁波模拟 如图所示 有一个上 下两层连通且均与水平面平行的 U 型的光滑金属平行导轨 在导轨面上各放一根完全相同的质量为m的匀质金属杆A1和A2 开始时两根金属杆与轨道垂直 在 U 型导轨的右侧空间存在磁感应强度大小为B 方向竖直向上的匀强磁场 杆A1在磁场中 杆A2在磁场之外 设两导轨面相距为H 平行导轨宽为L 导轨足够长且电阻不计 金属杆单位长度的电阻为r 现在有同样的金属杆A3从左侧半圆形轨道的中点从静止开始下滑 在下面与金属杆A2发生碰撞 设碰撞后两杆立刻黏在一起并向右运动 求 1 回路内感应电流的最大值 2 在整个运动过程中 感应电流最多产生的热量 3 当杆A2 A3与杆A1的速度之比为3 1时 A1受到的安培力大小 解决电磁感应现象中能量问题的一般步骤 1 在电磁感应中 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路就相当于电源 2 分析清楚有哪些力做功 就可以知道有哪些形式的能量发生了相互转化 3 根据能量守恒列方程求解 BD 所以a2 3a1 故选项C错误 选项D正确 当拉力的功率恒定时 随着速度增大 拉力逐渐减小 最后匀速运动时拉力最小 且最小值和第一种情况下拉力相等 因此最后都达到速度2v时 第一种情况比第二种情况用时要长 当两种情况下都达到速度v时 比较v t图象 如图所示 可知t1 t2 故选项A错误 选项B正确 2 如图所示 纸面内有一矩形导体闭合线框abcd ab边长大于bc边长 置于垂直纸面向里 边界为MN的匀强磁场外 线框两次匀速地完全进入磁场 两次速度大小相同 方向均垂直于MN 第一次ab边平行MN进入磁场 线框上产生的热量为Q1 通过线框导体横截面的电荷量为q1 第二次bc边平行MN进入磁场 线框上产生的热量为Q2 通过线框导体横截面的电荷量为q2 则 A Q1 Q2q1 q2B Q1 Q2q1 q2C Q1 Q2q1 q2D Q1 Q2q1 q2 A 3 如图 两固定的绝缘斜面倾角均为 上沿相连 两细金属棒ab 仅标出a端 和cd 仅标出c端 长度均为L 质量分别为2m和m 用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca 并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上 使两金属棒水平 右斜面上存在匀强磁场 磁感应强度大小为B 方向垂直于斜面向上 已知两根导线刚好不在磁场中 回路电阻为R 两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为 重力加速度大小为g 已知金属棒ab匀速下滑 求 1 作用在金属棒ab上的安培力的大小 2 金属棒运动速度的大小 例1 12分 如图甲 两相距L 0 5m的平行金属导轨固定于水平面上 导轨左端与阻值R 2 的电阻连接 导轨间虚线右侧存在垂直导轨平面的匀强磁场 质量m 0 2kg的金属杆垂直置于导轨上 与导轨接触良好 导轨与金属杆的电阻可忽略 杆在水平向右的恒定拉力作用下由静止开始运动 并始终与导轨垂直 其v t图象如图乙所示 在15s时撤去拉力 同时使磁场随时间变化 从而保持杆中电流为0 求 1 金属杆所受拉力的大小F 2 0 15s内匀强磁场的磁感应强度大小B0 3 15 20s内磁感应强度随时间的变化规律 答题送检 来自阅卷名师报告 1 如图所示 在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨 导轨间距为L 长为3d 导轨平面与水平面的夹角为 在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层 匀强磁场的磁感应强度大小为B 方向与导轨平面垂直 质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放 在滑上涂层之前已经做匀速运动 并一直匀速滑到导轨底端 导体棒始终与导轨垂直 且仅与涂层间有摩擦 接在两导轨间的电阻为R 其他部分的电阻均不计 重力加速度为g 求 1 导体棒与涂层间的动摩擦因数 2 导体棒匀速运动的速度大小v 3 整个运动过程中 电阻产生的焦耳热Q 2 2017 湖南十三校联考一 多选 如图所示 虚线框内为某种电磁缓冲车的结构示意图 其主要部件为缓冲滑块K和质量为m的缓冲车厢 在缓冲车的底板上 沿车的轴线固定着两个光滑水平绝缘导轨PQ MN 缓冲车的底部安装电磁铁 图中未画出 能产生垂直于导轨平面向下的匀强磁场 磁场的磁感应强度大小为B 导轨