（浙江选考）高考物理二轮复习专题四电磁感应和电路第2讲电磁感应的综合问题课件.ppt

1、第2讲电磁感应的综合问题,专题四电磁感应和电路,考点一电磁感应中的图象问题,考点三应用动量和能量观点分析电磁感应问题,考点二电磁感应中的动力学和能量问题,命题预测,1.(多选)如图1所示，abcd为一边长为l的正方形导线框，导线框位于光滑水平面内，其右侧为一匀强磁场区域，磁场的边界与线框的cd边平行，磁场区域的宽度为2l，磁感应强度为B，方向竖直向下，线框在一垂直于cd边的水平恒定拉力F作用下沿水平方向向右运动，直至通过磁场区域，cd边刚进入磁场时，线框开始匀速运动，规定线框中 电流沿逆时针时方向为正，则导线框从刚进入磁场到 完全离开磁场的过程中，a、b两端的电压Uab及导线框 中的电流i随c

2、d边的位置坐标x变化的图线可能是,1,2,3,图1,答案,1,2,3,2.(多选)(人教版选修32P8第6题改编)某实验装置如图2所示，在铁芯P上绕着两个线圈A和B，如果线圈A中电流i与时间t的关系有如图所示的A、B、C、D共四种情况.在t1t2这段时间内，哪种情况可以观察到在线圈B中有感应电流,模拟训练,图2,1,2,3,答案,3.(多选)(人教版选修32P19“例题”改编)某同学设计了一利用涡旋电场加速带电粒子的装置，基本原理如图3甲所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，带电粒子在真空室内做圆周运动，电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化，产生的感生电场使粒子加速，图甲上部

3、分为侧视图，下部分为俯视图，若粒子质量为m，电荷量为q，初速度为零，圆形轨道的半径为R，穿过粒子圆形轨道面积的 磁通量随时间t的变化关系如图乙所示， 在t0时刻后，粒子所在轨道处的磁感应强 度为B，粒子加速过程中忽略相对论效应， 不计粒子的重力，下列说法正确的是,图3,1,2,3,A.若被加速的粒子为电子，沿如图所示逆时针方向加速，则应在线圈中 通以由a到b的电流 B.若被加速的粒子为正电子，沿如图所示逆时针方向加速，则应在线圈 中通以由a到b的电流,1,2,3,答案,解析,解析电子带负电，它在电场中受力的方向与电场方向相反，电子沿逆时针方向加速，根据左手定则可知磁场方向竖直向上，由右手螺旋定

4、则知线圈中应通以由a到b的电流，故A正确； 同理可知B错误；,1,2,3,1.对图象的认识，应注意以下两个方面 (1)明确图象所描述的物理意义. (2)明确各种“”“”的含义. 2.电磁感应中图象类选择题的两个常见解法 (1)排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项. (2)函数法：根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的办法.,规律总结,真题研究,1.(2016浙江10月选考22)为了探究电动机转速与弹簧伸长量之间

5、的关系，小明设计了如图4所示的装置.半径为l的圆形金属导轨固定在水平面上，一根长也为l、电阻为R的金属棒ab一端与导轨接触良好，另一端固定在圆心处的导电转轴OO上，由电动机A带动旋转.在金属导轨区域内存在垂直于导轨平面，大小为B1、方向竖直向下的匀强磁场.另有一质量为m、电阻为R的金属棒cd用轻质弹簧悬挂在竖直平面内，并与固定在竖直平面内的“U”型导轨保持良好接触，导轨间距为l，底部接阻值也为R的电阻，处于大小为B2、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场中.从圆形金属导轨 引出导线和通过电刷从转轴引出导线经开关S与“U”型导轨连 接.当开关S断开，棒cd静止时，弹簧伸长量为x0；当开关S闭合， 电动

6、机以某一转速匀速转动，棒cd再次静止时，弹簧伸长量变 为x(不超过弹性限度).不计其余电阻和摩擦等阻力，求此时：,图4,1,2,3,1,2,3,(1)通过棒cd的电流Icd；,答案,解析,答案见解析,解析S断开，cd棒静止有mgkx0 S闭合，cd棒静止时受到安培力FB2Icdl cd棒静止时有mgB2Icdlkx,1,2,3,(2)电动机对该装置的输出功率P；,答案,解析,答案见解析,1,2,3,(3)电动机转动角速度与弹簧伸长量x之间的函数关系.,答案,解析,答案见解析,2.(2017台州市9月选考)为了测量列车运行的速度和加速度大小，可采用如图5甲 所示的装置，它由一块安装在列车车头底部

7、的强磁体和埋设在地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(测量记录仪未画出).当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，就能求出列车的速度和加速度.如图乙所示为铁轨和列车的俯视图，假设磁体端部有磁感应强度B1.2102 T，方向竖直向下的匀强磁场，该磁场区域在运动过程中两个时刻恰能依次覆盖两个线圈，每个线圈的电阻r0.30 ，匝数n4，垂直于铁轨方向长l0.25 m，平行于轨道方向的宽度远小于两线圈的距离s，每个测量记录仪自身 电阻R1.70 ， 其记录下来的 电流位置关 系图，即ix图 如图丙所示.,模拟训练,图5,1,2,3,(1)当磁场区域的右边界刚离开线圈时，线圈的电流方向是顺时针还

8、是逆时针？(俯视图),解析由楞次定律得，线圈的电流方向为顺时针.,1,2,3,答案,解析,答案顺时针,(2)试计算列车通过线圈和线圈时的速度v1和v2的大小；,解析列车车头底部的强磁体通过线圈时，在线圈中产生感应电动势和感应电流，根据公式可得：EI(Rr) 解得：E10.24 V和E20.30 V 而线圈、中产生的感应电动势为： E1nBlv1，E2nBlv2 解得：v120 m/s，v225 m/s,1,2,3,答案,解析,答案20 m/s25 m/s,(3)假设列车做的是匀加速直线运动，求列车在两个线圈之间的加速度的大小.(结果保留三位有效数字),从题图丙中读出s100 m，解得：a1.1

9、3 m/s2.,1,2,3,答案,解析,答案1.13 m/s2,3.如图6所示，“凸”字形硬质金属线框质量为m，相邻各边互相垂直，且处于同一竖直平面内，ab边长为l，cd边长为2l，ab与cd平行，间距为2l.匀强磁场区域的上下边界均水平，磁场方向垂直于线框所在平面.开始时，cd边到磁场上边界的距离为2l，线框由静止释放，从cd边进入磁场直到ef、pq边进入磁场前，线框做匀速运动，在ef、pq边离开磁场后，ab边离开磁场之前，线框又做 匀速运动.线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q.线框在下落 过程中始终处于原竖直平面内，且ab、cd边保持水平，重力 加速度为g.求： (1)线框ab边将要离开

10、磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚 进入磁场时的几倍；,1,2,3,图6,答案4倍,答案,解析,解析设磁场的磁感应强度大小为B，cd边刚进入磁场时，线框做匀速运动的速度为v1，cd边上的感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律，有E12Blv1 ,设此时线框所受安培力为F1，有F12I1lB 由于线框做匀速运动，其受力平衡，有mgF1 ,由式得v24v1 ,1,2,3,(2)磁场上、下边界间的距离H.,答案,解析,线框完全穿过磁场的过程中，由能量守恒定律，有,1,2,3,规律总结,1.力学对象和电学对象的相互关系,2.求解焦耳热的三种方法 (1)焦耳定律：QI2Rt (2)功能关系：QW克服安

11、培力 (3)能量转化：QE其他能的减少量,真题研究,1.(2017浙江4月选考22)间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，如图7所示.倾角为的导轨处于大小为B1、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间中.水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的“联动双杆”(由两根长为l的金属杆cd和ef，用长度为L的刚性绝缘杆连接构成)，在“联动双杆”右侧存在大小为B2、方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间，其长度大于L.质量为m、长为l的金属杆ab从倾斜导轨上端释放，达到匀速后进入水平导轨(无能量损失)，杆ab与“联动双杆”发生碰撞，碰后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”.“联动三杆”继

12、续沿水平导轨进入磁场区间并从中滑出.运动过程中，杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好，且保持与导轨垂直.已知 杆ab、cd和ef电阻均为R0.02 、m0.1 kg、l0.5 m， L0.3 m，30，B10.1 T，B20.2 T.不计摩擦阻 力和导轨电阻，忽略磁场边界效应，g取10 m/s2.求：,图7,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,(1)杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0；,答案,解析,答案见解析,解得：v06 m/s.,1,2,3,4,5,(2)“联动三杆”进入磁场区间前的速度大小v；,答案,解析,答案见解析,1,2,3,4,5,(3)“联动三杆”滑过磁场区间产生的焦

13、耳热Q.,答案,解析,答案见解析,解得v0.25 m/s. 因此“联动三杆”滑出磁场区间时的速度为vvvv1 m/s.,1,2,3,4,5,2.(2016浙江4月选考23)某同学设计了一个电磁推动加喷气推动的火箭发射装置，如图8所示.竖直固定在绝缘底座上的两根长直光滑导轨，间距为L.导轨间加有垂直导轨平面向里的匀强磁场B.绝缘火箭支撑在导轨间，总质量为m，其中燃料质量为m，燃料室中的金属棒EF电阻为R，并通过电刷与电阻可忽略的导轨良好接触.引燃火箭下方的推进剂，迅速推动刚性金属棒CD(电阻可忽略且和导轨接触良好)向上运动，当回路CEFDC面积减少量达到最大值S，用时t，此过程激励出强电流，产生

14、电磁推力加速火箭.在t时间内，电阻R产生的焦耳热使燃料燃烧形成高温高压气体.当燃烧室下方的可控喷气孔打开后.喷出燃气进一步加速火箭.,图8,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,(1)求回路在t时间内感应电动势的平均值及通过金属棒EF的电荷量，并判断金属棒EF中的感应电流方向；,答案,解析,1,2,3,4,5,(2)经t时间火箭恰好脱离导轨，求火箭脱离时的速度大小v0；(不计空气阻力),答案,解析,1,2,3,4,5,(3)火箭脱离导轨时，喷气孔打开，在极短的时间内喷射出质量为m的燃气，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度为v，求喷气后火箭增加的速度v.(提示：可选喷气前的火箭为参考系),答案,解

15、析,解析以喷气前的火箭为参考系，设竖直向上为正， 由动量守恒定律mv(mm)v0,3.(2017温州市十校高三期末)如图9所示，PQ和MN是固定于水平面内的平行光滑金属轨道，轨道足够长，其电阻可忽略不计.金属棒ab、cd放在轨道上，始终与轨道垂直，且接触良好.金属棒ab、cd的质量均为m，长度均为L.两金属棒的长度恰好等于轨道的间距，它们与轨道形成闭合回路.金属棒ab的电阻为2R，金属棒cd的电阻为R.整个装置处在竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中.若先保持金属棒ab不动，使金属棒cd在与其垂直的水平力F(大小未知)作用下，由静止开始向右以加速度a做匀 加速直线运动，水平力F作用t0时间撤去

16、此力， 同时释放金属棒ab.求：,模拟训练,图9,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,(1)棒cd匀加速过程中，外力F随时间t变化的函数关系；,答案,解析,解析棒cd匀加速过程中FBILma，,(2)两金属棒在撤去F后的运动过程中，直到最后达到稳定，金属棒cd产生的热量；,解析撤去F后，直到最后达到稳定，根据系统能量守恒得,根据系统动量守恒mv02mv，,1,2,3,4,5,答案,解析,1,2,3,4,5,(3)两金属棒在撤去F后的运动过程中，直到最后达到稳定，通过金属棒cd的电荷量q.,答案,解析,解析撤去F到系统达到稳定，由动量定理对cd受力分析得,4.(2017浙江“七彩阳光”联考)

17、如图10所示，两根足够长的光滑金属导轨G1、G2放置在倾角为的斜面上，导轨间距为l，电阻不计.在导轨上端并联接入两个额定功率均为P、电阻均为R的小灯泡.整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直.现将一质量为m、电阻可以忽略的金属棒MN从图示位置由静止开始释放，经过时间t0，两灯泡开始并保持正常发光.金属棒下落过程中保持与导轨垂直， 且与导轨接触良好.重力加速度为g.求： (1)磁感应强度B的大小；,图10,1,2,3,4,5,答案,解析,1,2,3,4,5,解析设灯泡额定电流为I0 则有PI02R 流经MN的电流I2I0 mgsin 2BI0l,(2)灯泡正常发光时导体棒的运动

18、速率v；,1,2,3,4,5,答案,解析,解析EBlvI0R,(3)在t0至tt0期间，两小灯泡产生的总焦耳热.,解析在t0至tt0期间，对导体棒运用动量定理，有 (mgsin iBl)tmv 累积求和得：t0mgsin Blqmv,1,2,3,4,5,答案,解析,5.某研究所正在研究一种电磁刹车装置.如图11所示，实验小车质量m2 kg，底部有一个匝数n100匝、边长a0.1 m的正方形线圈，线圈总电阻r1 .在实验中，小车(形状可简化为上述正方形线圈)从轨道起点由静止出发，进入右边的匀强磁场区域ABCD，BC长d0.20 m，磁感应强度B1 T，磁场方向竖直向上，整个运动过程中不计小车所受的摩擦及