全国2017年高二物理暑期作业复习方法策略16讲第15讲电磁感应中综合问题的复习策略2017080326.wps
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1、第 1515 讲 电磁感应中综合问题的复习策略 高考热点 1电磁感应中的电路问题 2电磁感应中的图象问题 3电磁感应中的动力学和能量问题 一、电磁感应中的电路问题 1电磁感应电路中产生电动势的那一部分电路相当于电源,产生的感应电动势就是电源的电 动势,电流的流向是从“电源”的负极经电源流向正极,这一部分电路两端的电压相当于路端 R 电压,即 U E.感应电动势是联系电磁感应与电路的桥梁之一 Rr 2电磁感应与电路知识的关系图 例 1 半径为 a 的圆形区域内有均匀磁场,磁感应强度 B0.2 T,磁场方向垂直纸面向里,半 径为 b 的金属圆环与磁场同心放置,磁场与环面垂直,其中 a0.4 m,b
2、0.6 m,金属圆环上 分别接有灯 L1、L2,两灯的电阻均为 R02 ,一金属棒 MN 与金属圆环接触良好,棒与环的电 阻均忽略不计 图 1 (1)若棒以 v05 m/s 的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径 OO的瞬间(如图 1 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,将右边的半圆环 OL2O以 OO为轴向上翻转 90,若此时磁场随 1 B 4 时间均匀变化,其变化率为 T/s,求 L1的功率 t 变式 1 如图 2 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
3、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: 图 2 (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; 2 (3)整个运动过程中,电阻产生的焦耳热 Q. 规律总结 解决电磁感应中的电路问题三步曲 1确定电源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,利用 En 或 EBlvsin 求感应电动势的大小,利
4、用右手定则或楞次定 t 3 律判断电流方向 2分析电路结构(内、外电路及外电路的串、并联关系),画出等效电路图 3利用电路规律求解主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解 二、电磁感应中的图象问题 1明确图象的种类,即是 Bt 图象还是 t 图象,或者是 Et 图象、It 图象等;对于 切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势 E 和感应电流 I 随线圈位 移 x 变化的图象,即 Ex 图象和 Ix 图象 2这些图象问题大体上可分为两类: (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 (2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量 3弄清初始条件,正
5、负方向的对应,变化范围,所研究物理量的函数表达式,进、出磁场的 转折点是解决问题的关键 例 2 (2016四川理综7)(多选)如图 3 所示,电阻不计、间距为 l 的光滑平行金属导轨水 平放置于磁感应强度为 B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻 R.质量为 m、 电阻为 r 的金属棒 MN 置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力 F 的作用由静止开始运动, 外力 F 与金属棒速度 v 的关系是 FF0kv(F、k 是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好金 属棒中感应电流为 i,受到的安培力大小为 FA,电阻 R 两端的电压为 UR,感应电流的功率为 P, 它们随时间 t 变化图
6、象可能正确的有( ) 图 3 变式 2 将一段导线绕成图 4 甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内回路的 ab 边置 于垂直纸面向里的匀强磁场 中回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场 ,以向里为磁场 的 正方向,其磁感应强度 B 随时间 t 变化的图象如图乙所示用 F 表示 ab 边受到的安培力,以 水平向右为 F 的正方向,能正确反应 F 随时间 t 变化的图象是( ) 4 图 4 方法提炼 1对图象的认识,应注意以下几方面 (1)明确图象所描述的物理意义; (2)“必须明确各种 ”“”、 的含义; (3)必须明确斜率的含义; (4)必须建立图象和电磁感应过程之间的对应关系 2电磁感应中图
7、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,但却是最有效的方法 三、电磁感应中的动力学和能量问题 “” 解决电磁感应综合问题的策略是 先电后力 即 1“”先作 源 的分析分析电路中由电磁感应所产生的电源,求出电源参数 E 和 r. 2再进行“路”的分析分析电路结构,弄清串、并联关系,求出相关部分的电流大小, 以便安培力的求解 3然后是“力”的分
8、析分析研究对象(通常是金属杆、导体、线圈等)的受力情况,尤其 注意其所受的安培力 4“”接着进行 运动 状态的分析根据力和运动的关系,判断出正确的运动模型 5最后是“能量”的分析寻找电磁感应过程和研究对象的运动过程中其能量转化和守恒 5 的关系 例 3 (多选)如图 5 所示,相距为 L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为 , 上端接有定值电阻 R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为 B.将质量为 m 的导体棒由静止 释放,当速度达到 v 时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉 力的功率恒为 P,导体棒最终以 2v 的速度匀速运动导体棒始终与导轨垂直且接
9、触良好,不计 导轨和导体棒的电阻,重力加速度为 g.下列选项正确的是( ) 图 5 AP2mgvsin BP3mgvsin v g C当导体棒速度达到 时加速度大小为 sin 2 2 D在速度达到 2v 以后匀速运动的过程中,R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功 变式 3 如图 6 所示,足够长的 U 形光滑金属导轨平面与水平面成 角(00 . B2L2 (1)若 k ,金属棒水平向右做匀加速直线运动所以在此情况下没有选项符合; Rr B2L2 (2)若 k ,F 合随 v 增大而增大,即 a 随 v 增大而增大,说明金属棒在做加速度增大的加速 Rr 运动,根据四个物理量与速度的关系可知 B 选
10、项符合; B2L2 (3)若 k ,F 合随 v 增大而减小,即 a 随 v 增大而减小,说明金属棒在做加速度减小的加速 Rr 运动,直到加速度减小为 0 后金属棒做匀速直线运动,根据四个物理量与速度关系可知 C 选项 符合 综上所述,选项 B、C 符合题意 T 变式 1 B 0 时间内,回路中产生顺时针方向、大小不变的感应电流,根据左手定则可以 2 T 判定 ab边所受安培力向左. T 时间内,回路中产生逆时针方向、大小不变的感应电流,根据 2 左手定则可以判定 ab边所受安培力向右,故 B 正确 E BLv 例 3 AC 根据 I ,导体棒由静止释放,速度达到 v 时,回路中的电流为 I,
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