迎战2012届高考物理一轮复习课件专题17电磁感.

1、2013-5-5本专题部分内容是历年高考考查的重点，年年 考题，且多为计算题，分值高，难度大，对考生歩 高的区分度.其涉及的力学知识主要有牛顿运动徒 功、动能定理、能量守恒定律等，是力、电、磁纺 题的重要体现，是高中物理主干知识的有机结合， 考查基础知识，又能考查综合能力，是高考的热点 之一.本专题复习一方面要熟练掌握电学知识，另- 要能运用牛顿第二定律、功能关系等物理规律及去 法分析电磁感应现象中物体的运动情况及能量转化 2013-5-5问题.这些规律及方法又都是中学物理学中的重於 因此要加强相关的训练，有助于学生对这些知识邸 和应用，建立各部分知识的联系.类型一、安培力与运动关系例如图91

2、1所示，N、。间接一电阻尺=10 , 端与电池组和开关组成回路，电动势E=6V,内阻' 光滑导轨区域加有与两导轨所在平面垂直的仝 场.现将一条质量m=10g,电阻7?=10 的金週进纟 于导轨上，并保持导线"水平.已知导轨间距L=0.1m,当开关s接通后导线恰静F戸耀一ib不动.仗取10m/s2)图9-1-1(1) 试计算磁感应强度3的大小.(2) 若某时刻将开关S断开，求导线“能达到的：! 度.(设导轨足够长)解析：(1)导线两端电压u =导线必中的电流/ = = 0.5AR分析：解决本题的关键是，将电磁感应问题与电足 的分析与计算问题结合起来，先弄清电路结构，tJ 导线d

3、b平衡，求出磁感应强度3,再对电键断开后 导线做动态分析，由平衡条件求出最终的速度.导线必受力如图所示， 由平衡条件得BIL = mgs ,mgsin30 )解得B =IL代入数值，解得B = 1T(2)开关S断开后，导线"开始加速下滑，当速度 产生的感应电动势为E? BLv2013-5-5导线必中的感应屯流/?E0R+ R©导线必受的安培阻力F?B2L2vBI2L R +B 213 ym 当导线ob达到最大速度时，=mg sin?R +代入数值解得 = 100m /s201【点评】本题是一道电磁感应综合题，涉及直流 的分析与计算，安培力、平衡条件、牛顿运动定律: 多知识点

4、，全面考查考生的分析综合能力.试题情 杂，能力要求较高.此类试题，在近年来高考中肚 频率较高，且多以压轴题的形式出现.变试题1 (2010-江苏)如图912所示，两足够长的刁 属导轨竖直放置，相距为厶一理想电流表与两卡 连，匀强磁场与导轨平面垂直.一质量为加、有歹 为人的导体棒在距磁场上边界力处静止释放.导体木1®1XX X X X XXXX X X X XXXX X X X XXXX X X X XXXX X X X XXXX X X X XXkLT磁场后，流经电流表的电流逐渐减小，最终稳定个运动过程中，导体 棒与导轨接触良好，且始终保 持水平，不计导轨的电阻.求:(1) 磁感应强

5、度的大小3;(2) 电流稳定后，导体棒运动速度的大小“解析：(1)电流稳定后，导体棒做匀速运动BIL = mg解得：B =IL(2)感应电动势E= BLvE感应电流/ =R由解得：mg2013-5-5(3)由题意知，导体棒刚进入磁场时的速度最：设为 机械能守恒有：mv = m8h 感应电动势的最大值Eny = BLvm感应电流的最大值仁EmR解得:tng2gh1R901变试题2(2009-青岛市期中考试)光滑的平行金属¥ L=2.0m,两导轨间距离厶05m,导轨平面与水平0 角为0=30。,导轨上端接一阻值为尺=05 的电阻, 电阻不计，轨道所在空间有垂直轨道平面的匀强无 磁感应强度

6、=1T,如图9-1-3所示.有一不计电阻、 为m=0.5kg的金属棒ab ,放在导轨最上越且与与 直.当金属棒"由静止宀二 j开始自由下滑到底端脱离轨道7乂的过程中，电阻/?上产生的热量为Q=1 J, g=10m/s2,贝叽沐2013-5-5團 Q. 1 .2(1) 指出金属棒"中感应电流的方向.(2) 棒在下滑的过程中达到的最大速度是多少？ 当棒的速度7vv=2m/s时，它的加速度是多大?解析：(1)由右手定则，棒中感应电流方向由b 指向Q(2)棒做加速度逐渐减小的变加速运动，棒到达底端时速度大， 曲能量守恒定律得mgLs'nq =丄m v + Q、2解得 = 4

7、m / s(3)当棒的速度为u时，E 感应电动势Bdv 感应电流/=,Rr2 ”2 棒所受安培力Bld = R当棒的速度为“ =2m / s时，F = 1N 由牛顿第二定律得mgsin旷 F = ma 2013-5-5解得棒的加速度。=3 m / S 2类型2：安培力与运动的图象问题例2：如图9-2-1甲所示，空间存在B=0.5T,方向竖雀 的匀强磁场，MN、PQ是处于同一水平面内相互平冇 糙长直导轨，间距£=0.2m, R是连接在导轨一端的哇 "是跨接在导轨上质量为/n=O.lkg的导体棒.从零床 始，通过一小型电动机对"棒施加一个牵引力F,才 平向左，使其从静

8、止开始沿导轨做加速运动，此辽 棒始终保持与导轨垂直且接触良好.图9-21乙是楼 图象，其中Q4段是直线，AC是曲线，小型电动机 末达到额定功率P=4.5W,此后保持功率不变.除/ 苴7金-腳分由阳均不计.0=1 f)m/a2(1) 求导体棒”在012s内的加速度大小；(2) 求导体棒加?与导轨间的动摩擦因数及电阻的值(3) 若f=17s时，导体棒ab达最大速度，从017s内 生位移100m,试求1217s内，R上产生的热量 少.分析：解决本题的关键是，抓住12s和17s两个E 导体棒的运动学特征和动力学特征，即12s时导勺 速度已知（可以从图象上读出），加速度己知（可I 率求出），而且此时电动

9、机已达额定功率；17s时 棒匀速，加速度为零.把握住这两个状态，由7 规律列出方程，题目即可顺利求解.解析：（1）由图彖矢II1 2s末导体棒"的速度为比=9m / s ,在01 2s内的加速度大小为a = = m / s2 = 0.7Dr 12（2）12s时，导体棒屮感应电动势为£ = BLvE感应电流/ =R左2乙2导体棒受到的安培力F = BIL,即巴=R此时电动机牵引力为F =vi2 f ”由牛顿第二定律得一 mm g = mav. R由图象知1 7s末导体棒ob的最人速度为冬=10 m / s,jp2 j *此时加速度为零，同理有mm g = 0v2 R由以上各式

10、解得，m= 0.2, R = 0.4W（3）01 2s内,（体棒匀加速运动的位移X= 才= 54m 1217s内，导体棒的位移心=100m54m = 46m 由能量守恒得Q= Pt -（丄mv -丄m v2 ） - mmgx2 * 2代入数据解得尺上产生的热量Q = 12.35J201评析：本题以电动机牵引金属杆做切割磁感线动为背景,考查电磁感应综合问题,涉及丰富力电综合知识.同时，本题还是一道考查考生 解、还原物理图象能力的试题.本题耍求考生较强的分析综合能力、应用数学知识解决物理题的能力2013-5-5变试题1 （2009郴州市调研）如图9-2-2所示，一个p 矩形金属线圈从一定高度释放，

11、且在下落过程中纟 平面始终在竖直平面上.在它进入一个有直线边夕 足够大的匀强磁场的过程中，取线圈血边刚进磁戈 uo,则描述其运动情况的图线可能是图中的（:力 n解析：金属线圈刚进入足够大的匀强磁场中，? 好做匀速直线运动，贝mg=F= 心如沪R下面分三种情况（1）当金属线圈刚进入磁场的速腹 =v0,先做匀速直线运动，全部进入后做匀加谜 线运动，故A正确；（2）当徵线圈刚进入磁场邸 度v>v0, mg<F=,先做变减速直线血有口J能做匀速运动直到完全进入，再做匀加速雀 运动（如图B选项）；也可能没有匀速，直接做乞 速直线运动.（3）当金属线喝則戟入磁场的速度*,则先做变茄速直线运动，

12、有可能做匀速运动直到完全进入，f 加速直线运动（如图c选项）；可能没有匀速，直丰 加速直线运动.综合上述，选ABC.变式题2 （2009.金华二中刀考）矩形导线框"cd放在 磁场中，在外力控制下处于静止状态，如图9-2-3（ 示.磁感线方向与导线框所在平面垂直，磁感应引 随时间变化的图象如图92-3（乙）所示.匸（）时刻，磁强度的方向垂直导线框平面向里， 在04s时间内,导线框tzd边 所受安培力随时间变化的图象 （规定以向左为安培力正方向） 可能是下面选项中的（）2013-5-52013-5-5AC201解析：由图可矢口02s和24s时间内,不变，E= 变，回路中电流/不变，ad边

13、所受安培力F=BIL, 变化的，所以A、B项错；根据楞次定律可判定原 流产生的磁场的方向、根据安培定则判断感应电Z 向、根据左手定则判定安培力的方向知C错，I 确.变式题3在水平桌面上，一个面积为S的圆形金属 于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，磁感应强丿 随时间f的变化关系如图924（甲）所示.0Is内磁场 垂直线框平面向下.圆形金属框与一个水平的平行 导轨相连接，导轨上放置一根导体棒，导体棒的卡 电阻为R,且与导轨接触良好，其余各处电阻不计 轨处于另一匀强磁场中，其磁感应强度恒为2, 垂直导轨平面向下，如图9-2-4（乙）所示.若导体棒 保持静止，则其所受的静摩擦力/随时间变化的图 下图中的

14、（设向右为静摩擦力的正方向）（）2013-5-52013-5-51 2 3 4 5 6/sAS 9-2-42昭 I 1 /I I! : s1234562013-5-5解析：磁感应强度随时间均匀变化时，感应电 大小恒定，导体棒受力大小恒定，故AD均错 再由楞次定律、左于定则及平衡条件可知B 确.类型三、电磁感应的能量问题有一种磁性加热装置，其关键部分由焊接在两个娱 的金属圆环上的根较大）间距相等的平行金属條 成，呈“鼠笼”状，如图9-3-1所示.每根金属条弘 度为人电阻为金属环的直径为D,电阻不计. 中的虚线所示的空间范围内存在着磁感应强度为2 匀强磁场，磁场的宽度恰好等于“鼠笼”金属条金 距，

15、当金属笼以角速度3绕通过两圆环的圆心的轴（ 旋转时，始终有一根金属条在垂直切割磁感线.“ 笼”的转动由一台电动机带动，这套设备的效率: >fel<3-5-5tl 天丿 I J41 4hh 屮來1 木n 4/ :软图9-3-1分析:求解本题的关键是能找到等效电源与负载, 垂直切割磁感线的这条金属条相当于“电源”,勇 1的并联为负载，利用闭合电路欧姆定律、能量守 律求解.r解析：每一根金属条“切割"产生的感应电动势为E = Blv = Blw -2 F整个“鼠笼''产生的电热功率为耳.=R + r何根做“切害运动的金属条就相当于电源，故内IILr = R, 其

16、余，一 1根金M条并在两圆环之间相当T并联着的外电阻：尺外二十RhR所以R外+ r =R =n - 1n - 1此装置的传输效率为h= P艰/仏由可得电动机的输出功率为只=（舁）B2L2w2D24nRh2013-5-5评析：能量转化守恒定律贯穿在整个物理学中， 磁感应现象也不例外，因此，用能量观点來考虑 题，有时可使求解过程很简洁.本题涉及法拉第 磁感应定律、电路知识(欧姆定律、焦耳定律、电 定律等).题目情景较复杂，考点多，注重考查考 理解、应用基础知识解决学科内综合题的能力. 类试题在近年高考中出现得较多，复习中耍加以 视.变式题1 (2010-烟台市适应性练习一)如图9-3-2 金属杆o

17、b可在平行金属光滑导轨上滑动，金属杆 /?o=O.5w,长L=0.3m,导轨一端串接一电阻R=lw 强磁场磁感应强度B=2T,当ab以v=5 m/s向右匀速 过程中，求：(1) ab间感应电动势E和“间的电压U；(2) 所加沿导轨平面的水平厂賢肚外力F的大小；(3) 在2s时间内电阻上产生的热量0图9-3-22013-5-5R+心解申丿：( 1)根据公式：E = BLv = 3V/ =U = IR = 2N(2) F = F, = BIL = 1.2N(3) 2s内产生的总热量Q等于安培力做的功Q = F安?x F., r = 12JR电阻/?上产生的热量为Qr = Q = 8J.R+心201

18、变式题2：在如图93-3所 示的倾角为常沟光滑斜面上，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II的磁 场方向垂直斜面向下，磁场的 宽度均为L, 一个质量为加、电阻为尺、边长也为Z 方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，当肪边刚GH进入磁场I区时，恰好以速度切做匀速直线运动 "边下滑到丿P与的中间位置时，线框又恰好以“2d対鈕 心由 古咎 右？产hLk difc入Q 口召I人力2匕cb间位置的过程中，线框的动能变化量为$,重力 框做功大小为"1,安培力对线框做功大小为必， 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&

19、gt;v1B. 从”进入GH到MN与“的中间位置的过程中， 能守恒C. 从ab进入GH到MN与丿P的中间位置的过程，有 EQ机械能转化为电能D. 从"进入GH到MN与”的中间位置的过程中， 發熊购变化量大小为 Ek=WrW2解析：当线框的“边进入GH后匀速运动到j JP为止,进入丿P后回路感应电动势增大，感应I 增大，因此所受安培力增大，安培力阻碍线框下; 因此"进入丿P后开始做减速运动，使感应电动势; 应电流均减小，安培力又减小，当安培力减小到- 力沿斜面向下的分力mgsin相等吋，以砸度巾做' 运动，因此v2<vP A错；由于有安培力做功，机彳 不守恒，B

20、错；线框克服安培力做功，将机械能? 为电能，克服安培力做了多少功，就有多少机械i 化为电能，由动能定理得VVrW2= Ek , W2=Wl 2013-5-5一一-类型4：电磁感应中的生产、科技问题例4：磁流体推进船的动力来源于电流与磁j的相互作用，图9-4-1(a)是在平静海面上某实验#示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通旌称通道)组成，如图9-4-1 (b)所示，通道尺寸q=20 /?=015m、c=0.10m,工作时，在通道内沿z轴正:加B=8.0T的匀强磁场；沿兀轴负方向加上匀强电j 使两极板间的电压t/=99.6V；海水沿y轴方向流过i 已知海水的电阻率r=0.20 m.W(1)

21、船静止时，求电源接通瞬间推进器对海水? .I、工磁流体推进器进水门(2) 船以v=5.0m/s的速度匀速前的进方向 进.以船为参照物，海水以50m/s 的速率涌入进水口，由于通道的截(a)金厲根(b)® 9-4-1面积小于进水口的截面积，在通道 内海水的速率增加到匕/=80m/s,求 此时金属板间的感应电动势U感；船行驶时，通道中海水两侧 的电压按UT-U感计算，海水受到 电磁力的80%可以转换为船的动力 当船以v5=5.0m/s的速度匀速前进时,+2025 饴 土住亠 /f/t t4,心分析：本题以高新科技磁流体推进器为: 命题，涉及安培力、左手定则、欧姆定律、电阻; 功率计算等知

22、识点.关键是要能够分析出电源在卩 电路如何，受什么样的安培力，对应的物理量如彳 问题，注重知识的灵活应用.解析：(1)根据安培力公式，推力巴=I Rh,其中UbI =，R = r Rac则 F = Bb = B = 796.8N,Rr对海水推力的方向沿y轴正方向(向右)(2) U 述=Bvdb = 9.6VU 0 (JJ - Bvdb)ac(3) 根据欧姆定律，12 = = 60 Rrb安培推力F? = I?Bb = 720N,对船的推力F = 80% F2 = ! 推/3_ 的功率 P= Fvs = 80%F2vv = 2880W评析：电磁感应及其规律在生产、生活和科 实际应用广泛，如磁悬浮

23、列车、磁流体发电机、 磁流量计、磁带录音机，分析这类问题的关键是 立模型，把握好四个等效：“等效电源”、“等 导体”、“等效电路”、“等效电阻”，然后选 合理的物理规律求解.变式题1:近期科学中文版的文章介绍了- 技术航天飞缆，航天飞缆是用柔性缆索将两彳 连接起来在太空飞行的系统.飞缆系统在太空飞彳 为自身提供电能和拖曳力，它还能清理“太空戏 等.从1967年至1999年17次试验中，飞缆系统试当 得部分成功.该系统的工作原理可用物理学的基M 來解释.如图9-42为飞缆系统的简化模型示意图， 两个物体P、Q的质量分别为叫、叫,柔性金属多 为人 外有绝缘层，系统在近地轨道做圆周运动，交 程中。距

24、地面高为仕设缆索总保持指向地心，P的龙 u抄匚知地球半径为尺，地面的重力加速度为只(1) 飞缆系统在地磁场中运动，地磁场 在缆索所在处的磁感应强度大小为B, 方向垂直于纸面向外.设缆索中无电 流，问缆索尸、0哪端电势高？此问中 可认为缆索各处的速度均近似等于, 求P、0两端的电势差；(2) 设缆索的电阻为如果缆索两端 物体P、0通过周围的电离层放电形成 电流，相应的电阻为求缆索所受 的安培力多大；解析：缆索的电动势E = BlvpyF、。两点屯势差U怙=B , F点屯势高(2) 缆索屯流/ =-=-/?/V ,安培力Fa = BII =RI + 7?27?, + R，2R、(3) 。的速度设为, Q受地球引力和缆索拉力化作用Mm C)P、Q角速度相等=* * " * '2蹴心解得：F,、=加一-(R + h)v2 PI