高考物理二轮复习电磁感应专题分析与详解.doc
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1、高考物理二轮复习电磁感应专题分析与详解问题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感应电动势,该导体或回路就相当于电源,将它们接上电阻等用电器,便可对用电器供电,在回路中形成电流;若接上电容器,便可对电容器充电。因此,电磁感应问题多和电路问题联系在一起。解决思路是首先考虑电磁感应的相关规律,例如法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则等等,然后应用稳恒电流的相关规律,如欧姆定律、串并联电路的特点和性质等等,即将电磁感应和电路的知识结合起来。abdcvQP【例题】固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd,各边长l,其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝,其余三边
2、均为电阻可忽略的铜线.磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,现有一与ab段所用材料、粗细、长度都相同的电阻丝PQ架在导线框上,如图所示,以恒定速度v从ad滑向bc,当PQ滑过l/3的距离时,通时aP段电阻丝的电流是多大?方向如何?解析PQ滑动时,产生的感应电动势为 e =Blv 此电路就可以等效为如图所示的电路R/32R/3e、R根据串并联电路的特点和性质,可得电路中的总电阻 R总 aP段的电流 I 联立、三式,可得 I,方向从a到P。平行练习:1粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中,磁场方向垂直于线框平面,其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移
3、出磁场,如图所示,则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是abbbbaaavvvvABCD(上海物理卷)2图中EF、GH为平行的金属导轨,其电阻可不计,R为电阻器,C为电容器,AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆。有均匀磁场垂直于导轨平面。若用I1和I2分别表示图中该处导线中的电流,则当横杆ABA匀速滑动时,I10,I20B匀速滑动时,I10,I20C加速滑动时,I10,I20D加速滑动时,I10,I20(全国物理卷)3一圆形闭合线圈放在某磁场中,保持线圈平面与磁场方向垂直,若磁感应强度随时间均匀地变化,为使线圈中的感应电流增加1倍,现在用原规格的导线重新绕线圈,下列哪些说法可
4、达到目的A线圈半径不变而匝数增加1倍 B线圈匝数不变而半径增加1倍 C线圈匝数不变而面积增加1倍D线圈匝数和半径同时增加1倍4半径为a的圆形区域内有均匀磁场,磁感强度为B0.2T,磁场方向垂直纸面向里,半径为b的金属圆环与磁场同心地放置,磁场与环面垂直,其中a0.4m,b0.6m,金属环上分别接有灯L1、L2,两灯的电阻均为R02W,一金属棒MN与金属环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计图12-25(1)若棒以v05m/s的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径OO的瞬时(如图12-25所示)MN中的电动势和流过灯L1的电流。(2)撤去中间的金属棒MN将右面的半圆环OL2O以OO为轴向上翻转9
5、0,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为B/t(4 / W)T/s,求L1的功率。(上海物理卷) MNOv5把总电阻为2R的均匀电阻丝焊成半径为a的圆环,水平固定在竖直向下的磁感应强度不B的匀强磁场中,如图所示,一长度为2a的,电阻等于R的粗细均匀的金属棒MN放在圆环上,它与圆环始终保持良好接触。当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时,求:(1)棒两端的电压UMN(2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率。 abcdFE2RRv2v6如图所示,整个装置处在垂直电路平面的匀强磁场中,磁感应强度为B,两个电阻器的电阻分别为R和2R,其余电阻不计,电容器的电容为C,金属ab、cd长均为L,当棒ab以速度
6、v沿金属导轨向左匀速运动,棒cd以速度2v向右匀速运动时,求(1)电阻R两端的电压(2)电容C所带的电量问题1:电磁感应中的电路问题1B 2D 3BD 4(1)e1B2av0.20.85 V0.8V ,I1e1/R0.8/20.4A (2)e2/t0.5a2B/t0.32V ,P1(2/2)2/R1.28102W 5Bav, 6(1)BLv/3;(2)BLvC问题2:电磁感应中的力学问题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。解决思路是首先利用电磁感应的规律解决电源的问题,然后应用力学的相关规律,如牛顿第二定律、动量定理、动能定理、动量守
7、恒定律等等,即将电磁感应和力学的知识综合起来。1电磁感应中的平衡问题解决电磁感应中的平衡问题的一般步骤是先解决电磁感应的问题,把线圈或导线等效成电源,然后根据恒定电流的知识解决电路中的电流,再根据导线在磁场中所受的安培力分析物体的受力,最后根据平衡条件建立方程。【例题】如图所示,线圈abcd每边长l0.20m,线圈质量m10.10kg、电阻R0.10W,砝码质量m20.14kg线圈上方的匀强磁场磁感强度B0.5T,方向垂直线圈平面向里,磁场区域的宽度为hl0.20m砝码从某一位置下降,使ab边进入磁场开始做匀速运动求线圈做匀速运动的速度解析该题的研究对象为线圈,属于导体平动切割磁感线情况,则导
8、体产生的感应电动势为 e =Blv 在线圈中产生的感应电流IBlv/R 因此线圈受到向下的安培力 F安BIl 线圈在匀速上升时受到的安培力F安、绳子的拉力F和重力m1g相互平衡,即FF安m1g 砝码受力也平衡: Fm2g 联立式,解得 v(m2m1)gR/B2l2代入数据解得:v4m/s2电磁感应中的加速问题解决加速类问题的基本方法是:通过解决电磁感应和磁场的问题解决导体所受安培力,确定研究对象(一般为在磁场中做切割磁感线运动的导体);根据牛顿运动定律和运动学公式分析导体在磁场中的受力与运动情况如果导体在磁场中受的磁场力变化了,从而引起合外力的变化,导致导体的加速度、速度等发生变化,进而又引起
9、感应电流、磁场力、合外力的变化,最终可能使导体达到稳定状态,稳定状态时合外力为零此时,对于某一状态一般应用牛顿运动定律,对于某一过程,一般应用能量观点解决。【例题】如图所示,AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨,两导轨间距离为l,导轨平面与水平面的夹角为q在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场,磁感强度为B在导轨的A、C端连接一个阻值为R的电阻一根垂直于导轨放置的金属棒ab,质量为m,从静止开始沿导轨下滑求ab棒的最大速度(已知ab和导轨间的动摩擦因数为m,导轨和金属棒的电阻不计)解析本题的研究对象为ab棒,画出ab棒的平面受力图,如图利用先等效出电源,再计算电流,后计算安培
10、力的步骤,可求出ab棒所受安培力F沿斜面向上,大小为 FBIlB2l2v/R,则ab棒下滑的加速度 amgsinq(mmgcosqF)/mab棒由静止开始下滑,速度v不断增大,安培力F也增大,加速度a减小当 a0时达到稳定状态,此后ab棒做匀速运动,速度达最大 mgsinq(mmgcosqB2l2v/R0解得ab棒的最大速度vmmgR(sinqmcosq )/B2l2平行练习:1如图所示,有两根和水平方向成a 角的光滑平行的金属轨道,上端接有可变电阻R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感强度为B。一根质量为m的金属杆从轨道上由静止滑下。经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个
11、最大速度vm,则A如果B增大,vm将变大B如果a 变大,vm将变大C如果R变大,vm将变大D如果m变小,vm将变大(上海高考物理卷)PQ2如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根导轨每米的电阻为r0=0.10 W/m,导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连,两导轨间的距离l=0.20m。有一随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感强度B与时间的关系为B=kt比例系数k=0.020T/s。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直,在t=0时刻,金属杆紧靠在P、Q端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t=6.0s时金属杆所受的安培力
12、.。(全国高考物理卷)F甲乙3如图,两根平行的金属导轨,固定在同一水平面上,磁感强度为B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直,导轨的电阻很小,可不计。导轨间的距离l=0.20m。两根质量均为m=0.10kg的平行杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动,滑动过程中与导轨保持垂直,每根金属杆的电阻为R=0.50W,在t=0时刻,两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行,大小为0.20N的力作用于金属杆甲上,使金属杆在导轨上滑动。经过t=5s,金属杆甲的加速度a=1.37m/s2,问此时两金属杆的速度各为多少?(全国高考理综卷)lmRav 0Bx04如图所示,两条互相平行的光滑金属导轨位于水平面内,距离为l
13、0.2 m,在导轨的一端接有阻值为R0.5W的电阻,在x0处有一与水平面垂直的均匀磁场,磁感强度B0.5T。一质量为m0.1kg的金属直杆垂直放置在导轨上,并以v 02m/s的初速度进入磁场,在安培力和一垂直于杆的水平外力F的共同作用下作匀变速直线运动,加速度大小为a2m/s2、方向与初速度方向相反。设导轨和金属杆的电阻都可以忽略,且接触良好。求: (1)电流为零时金属杆所处的位置; (2)电流为最大值的一半时施加在金属杆上外力F的大小和方向; (3)保持其他条件不变,而初速度v 0取不同值,求开始时F的方向与初速度v 0取值的关系。(上海高考卷) MNOba5如图所示,半径为R、单位长度电阻
14、为的均匀导电圆环固定在水平面上,圆环中心为O。匀强磁场垂直水平方向向下,磁感强度为B。平行于直径MON的导体杆,沿垂直于杆的方向向右运动。杆的电阻可以忽略不计,杆与圆环接触良好。某时刻杆的位置如图,aob=2,速度为v。求此时刻作用在杆上的安培力的大小。(广东、广西、河南高考理综卷)6如图中图1所示,一对平行光滑轨道放置在水平面上,两轨道间距l =0.20m,电阻R =1.0W,有一导体杆静止放在轨道上,与两轨道垂直,杆及轨道的电阻可忽略不计,整个装置处于磁感强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下,现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之做匀运动,测得力F与时间t的关系如图中图2所示,
15、求杆的质量m和加速度a。(全国高考物理卷)VabPQMNRBv7如图所示,U形导线框MNQP水平放置在磁感应强度B0.2T的匀强磁场中,磁感线方向与导线框所在平面垂直,导线MN和PQ足够长,间距为0.5 m,横跨在导线框上的导体棒ab的电阻r1.0 W,接在NQ间的电阻R4.0 W,电压表为理想电表,其余电阻不计。若导体棒在水平外力作用下以速度v2.0 m/s向左做匀速直线运动,不计导体棒和导线框之间的摩擦。(1)通过电阻的电流方向如何?(2)电压表的示数为多少?(3)若某一时刻撤去水平外力,则从该时刻起,在导体棒运动1.0 m的过程中,通过导体棒的电荷量为多少?(江苏高考理综卷)8水平面上两
16、根足够长的金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值为R的电阻连接;导轨上放一质量为m的金属杆(见图),金属杆和导轨的电阻忽略不计;均匀磁场竖直向下。用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上,杆最终将做匀速运动。当改变拉力的大小时,相对应的匀速运动速度v也会改变,v和F的关系如图。(取重力加速度g10 m/s2)(1) 金属杆在匀速运动之前做什么运动?(2) 若m0.5 kg,L0.5 m,R0.5 W,磁感应强度B为多大?(3) 由vF图线的截距可求得什么物理量?其值为多少?abMoNxoy10无限长的光滑平行导体框架MON、xoy水平放置,左右两侧的宽度分别为2L和L,匀强磁场垂直的
17、纸面向里,范围足够大,磁感应强度为B,两根金属棒a、b的质量分别是2m和m。电阻分别是2R和R;导轨电阻不计,初始时金属棒a、b离oo足够远。(1)若开始时金属棒b静止,而给金属棒a一个水平向右的初速v0,求此时棒b的加速度。(2)若开始使棒a、b同时获得相向速度,大小分别为va、vb,且vb2va2 v0,求在以后过程中b棒的最小速度。问题2:电磁感应中的力学问题1BC 2提示:以表示金属杆运动的加速度,在时刻,金属杆与初始位置的距离 此时杆的速度,这时,杆与导轨构成的回路的面积,回路中的感应电动势回路的总电阻 回路中的感应电流作用于杆的安培力 解得 ,代入数据为3v18.15m/s v21
18、.85m/s提示:设任一时刻t两金属杆甲、乙之间的距离为x,速度分别为v1和v2,经过很短时间t,杆甲移动距离v1t,杆乙移动距离v2t,回路面积改变S(xv2t)v1tl(v1v2)t由法拉第电磁感应定律,回路中的感应电动势BS/t回路中的电流i/2R杆甲的运动方程FBlima由于作用于杆甲和杆乙的安培力总是大小相等、方向相反,所以两杆的动量(t0时为0)等于外力F的冲量Ftmv1mv2联立以上各式解得v11/2Ft/m2R(Fma)/(B2l2),v21/2Ft/m2R(Fma)/(B2l2)代入数据得v18.15m/s v21.85m/s4(1)x1m (2) 向右运动时, F 0.18
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