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高二物理集体备课学案4-8课 题电磁感应中的综合问题课型习题课 R040学习目标知识目标1使学生进一步熟练对法拉第电磁感应定律和楞次定律的理解与应用.2使学生能处理电磁感应规律与电路、动力学、能量综合应用的问题，并学会处理相应问题的方法与技巧.能力目标问题分类处理，讲练一一对应，注意方法规律总结.情感目标提高学生的分析综合能力和解决实际问题的能力，帮助学生树立正确的科学观.重点难点电磁感应规律与力学规律的综合应用教 学 过 程方法指导基础知识热身-机遇偏爱有准备的人1、有一个n匝线圈面积为S，在时间内垂直线圈平面的磁感应强度变化了，则这段时间内穿过n匝线圈的磁通量的变化量为 ，磁通量的变化率为 ，每匝线圈产生的电动势为 ，n匝线圈产生的总电动势为 .2、如图所示，金属导轨MN、PQ之间的距离L=0.2m,导轨左端所接的电阻R=1.5,金属棒ab可沿导轨滑动，金属棒ab的电阻r=0.5,导轨电阻不计，匀强磁场的磁感应强度为B=1T, ab在外力作用下以V=5m/s的速度向右匀速滑动，则产生的电动势为 ；R中电流方向为 ； 金属棒ab受的安培力大小为 ，方向 ；在4s钟时间内，安培力做功为 ，外力F做功为 ，整个电路中产生的焦耳热为 ；若导轨光滑，金属棒ab的质量m=2,为使ab棒以a=0.5m/s 的加速度由静止做匀加速运动，则水平外力F与时间的表达式应为 .典型问题处理-课堂漏掉一分钟，课后要花双倍功一、电磁感应中的电路问题【问题概述】在电磁感应现象中，导体切割磁感线运动或磁通量发生变化时回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起，处理这类问题要用到闭合电路欧姆定律和直流电路的相关知识.例1、（2009年高考广东卷，18）如图18（a）所示，一个电阻值为R ，匝数为n的圆形金属线与阻值为2R的电阻R1连结成闭合回路.线圈的半径为r1 . 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图18（b）所示.图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0 . 导线的电阻不计.求0至t1时间内（1）通过电阻R1上的电流大小和方向；（2）通过电阻R1上的电量q及电阻R1上产生的热量.【解析】【小结】【针对训练】1、两根光滑的长直金属导轨导轨MN、MN平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、M处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C.长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中.ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q.求：（1）ab运动速度v的大小；（2）电容器所带的电荷量q. 二、电磁感应中的动力学问题【问题概述】导体棒在外力作用下安培安培力切割磁感线运动产生电磁感应现象的过程中，同时受到安培力的作用，还可能受到摩擦力等其他力的作用.这样会使导体棒的运动性质发生变化，所以这类问题要结合牛顿第二定律和相应的运动学规律进行分析. 例2、(2009物理上海卷，24)如图所示，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F0.5v0.4（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l1m，m1kg，R0.3W，r0.2W，s1m）（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；（3）若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足vv0x，且棒在运动到ef处时恰好静止，则外力F作用的时间为多少？【解析】【小结】【针对训练】2、如图所示，竖直放置的足够长的光滑平行金属导轨，间距为l0.50m，导轨上端接有电阻R0.80，导轨电阻忽略不计.空间有一水平方向的有上边界的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.40T，方向垂直于金属导轨平面向外.质量为m=0.02kg、电阻r0.20的金属杆MN，从静止开始沿着金属导轨下滑，下落一定高度后以v=2.5m/s的速度进入匀强磁NM场中，在磁场下落过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好.已知重力加速度为g=10m/s2，不计空气阻力，求在磁场中， （1）金属杆刚进入磁场区域时加速度； （2）若金属杆在磁场区域又下落h开始以v0匀速运动，求v0大小.三、电磁感应中的能量转化问题 R041【问题概述】电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必定有“外力”克服安培力做功，此过程中，其它形式的能转化为电能，当电流通过电阻时，电能又转化为其它形式的能量例3、如图（甲）所示，边长为L=2.5m、质量m=0.50kg的正方形绝缘金属线框，平放在光滑的水平桌面上，磁感应强度B=0.80T的匀强磁场方向竖直向上，金属线框的一边ab与磁场的边界MN重合在力F作用下金属线框由静止开始向左运动，在5.0s内从磁场中拉出测得金属线框中的电流随时间变化的图象如图（乙）所示已知金属线框的总电阻为R=4.0（1）试判断金属线框从磁场中拉出的过程中，线框中的感应电流方向?（2）试分析金属线框从磁场中拉出的过程中，能量是怎样转化的？（3）已知在5.0s内力F做功1.92J，那么，金属框从磁场拉出过程线框中产生的焦耳热是多少？安培力做功多少？【解析】【小结】电磁感应现象中能量转化的特点：【针对训练】3、（2009理综天津卷，4）如图所示，竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻R，质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦，棒与导轨的电阻均不计，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，棒在竖直向上的恒力F作用下加速上升的一段时间内，力F做的功与安培力做的功的代数和等于（ ）A.棒的机械能增加量 B.棒的动能增加量0t/sI/A123450.30.5（乙） MNB（甲）abcd左C.棒的重力势能增加量 D.电阻R上放出的热量vBRMN4、如图所示，宽度为L0.20 m的足够长的平行光滑金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨的一端连接阻值为R=1.0的电阻.导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B=0.50 T.一根质量为m=10g的导体棒MN放在导轨上与导轨接触良好，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计.现用一平行于导轨的拉力拉动导体棒沿导轨向右匀速运动，运动速度v=10 m/s，在运动过程中保持导体棒与导轨垂直.求：（1）在闭合回路中产生的感应电流的大小；（2）作用在导体棒上的拉力的大小；（3）当导体棒移动30cm时撤去拉力，求整个过程中电阻R上产生的热量.课堂小结-劈柴不照纹，累死劈柴人本节课分别处理了电磁感应规律与电路、动力学、能量综合应用的问题，这三类问题实际都是以电磁感应规律为解题的切入点和突破口，通过学习我们发现处理这部分题目有着共同的规律，其具体的思路是：确定发电磁感应现象的电路或导体（相当于电源）.用法拉第电磁感应定律求解或表示电动势的大小，用楞次定律判断电流方向. 用闭合电路欧姆定律求回路中电流强度. 分析研究对象的受力情况(包含安培力，用左手定则确定其方向)和运动情况. 根据受力特点和运动性质选择相应的规律列式求解.正是：由电到力巧推理，受力运动都分析. 列出相应规律式，准确求解显功底.课后强化练习-试试就能行，争争就能赢1、（2009理综福建卷，18）如图所示，固定位置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中.一质量为m（质量分布均匀）的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为u.现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离L时，速度恰好达到最大（运动过程中杆始终与导轨保持垂直）.设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g.则此过程（ ）A.杆的速度最大值为 B.流过电阻R的电量为C.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量D.恒力F做的功与安倍力做的功之和大于杆动能的变化量2、两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻.将质量为m，电阻也为R的金属棒悬挂在一个固定的轻弹簧下端，金属棒和导轨接触良好.导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，如图所示.除金属棒和电阻R外其余电阻不计.现将金属棒从弹簧原长位置由静止释放，则（ ）A金属棒向下运动时，流过电阻R的电流方向为abB金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为C最终弹簧的弹力与金属棒的重力平衡D从开始释放到最终金属棒稳定的过程中，金属棒与电阻构成的回路产生的总热量小于金属棒重力势能的减少3、如图所示，半径为L粗细均匀的金属圆环，其阻值为R处在磁感应强度为B的匀强磁场中，另有一长度为L，电阻为的金属棒OA可绕O轴在磁场中以角速度逆时针匀速转动，转动过程中金属棒的A端与金属圆环接触良好，一阻值为的定值电阻分别与杆的O端和金属圆环边缘C连接，求电路中总电流的变化范围？ O A C B 4、如图所示，AB、CD是两根足够长且固定的平行金属导轨，导轨的间距L0.4m，与水平面的夹角是30，整个导轨平面内有垂直于导轨面向上、磁感应强度B0.5T的匀强磁场，质量M0.06kg的粗糙金属杆a垂直搁在导轨上，因摩擦而处于静止状态，另一根质量m0.04kg的光滑金属杆b也垂直搁在导轨上，从静止开始沿导轨下滑，在下滑距离s2m后速度达到最大值，在此过程中金属杆a始终保持静止.若导轨的电阻不计，两金属杆的电阻均为r0.01，试求:(1)杆cd的速度达到最大值时，杆a所受的摩擦力.(2)杆b从静止开始到速度达到最大值的过程中，电流在两杆上做的功.基础不可忽视，精髓尽在其中！ 解决电磁感应电路问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发理解和变换物理模型，即把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路.这样，处理问题的方法与闭合电路求解基本