《（全国通用版）2019版高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 10.3 电磁感应规律的综合应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国通用版）2019版高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 10.3 电磁感应规律的综合应用（128页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲 电磁感应规律的综合应用,【知识导图】,切割磁感线,磁通量发生变化,外电阻,内阻,E=Blv,U=IR=E-Ir,楞次,右手定则,左手定则判断,_,【微点拨】 1.安培力的大小:F=BIL 如果回路中只有一根导体棒切割磁感线,回路总电阻为 R时:F=BIL=B L= = 。,2.能量转化: (1)感应电流在磁场中受到的安培力做负功,其他形式的能转化为电能,电流做功将电能转化为其他形式的能。 (2)安培力做正功,电能转化为机械能或其他形式的能。,【慧眼纠错】 (1)“相当于电源”的导体棒两端的电势差等于电 源的电动势。 纠错:_ _,当导体棒的电阻r不为零时,产生内电压,它两,端的电势差小
2、于电源电动势。,(2)闭合电路中电流都是从高电势流向低电势的。 纠错:_ _ (3)电磁感应现象中,感应电流受到的安培力一定是 阻力。 纠错:_。,在电源内部,电流从负极(低电势)流向正极,(高电势)。,电磁驱动现象中,安培力为动力,(4)在安培力的作用下,导体棒的变速直线运动一定 是变加速直线运动。 纠错:_ _ (5)安培力做功的过程就是电能减少的过程。 纠错:_ _。,在安培力作用下,导体棒也可以做变减速直线,运动。,安培力做正功,电能转化为其他形式的能;安培,力做负功,其他形式的能转化为电能,(6)安培力做的负功总可以根据焦耳定律求解。 纠错:_ _。 (7)导体棒受到的安培力的冲量与
3、磁通量成正比。 纠错:_ _。,利用焦耳定律求解安培力做的负功常适用于感,应电流大小不变的情况,根据I安=B Lt=BLq=nBL 可知,导体棒,受到的安培力的冲量与磁通量变化量成正比,考点1 电磁感应中的电路问题 【典题探究】 【典例1】(2018运城模拟)如图甲所示,两根平行光 滑金属导轨相距L=1 m,导轨平面与水平面的夹角 =30,导轨的下端PQ间接有R=8 的电阻。相距,x=6 m的MN和PQ间存在磁感应强度大小为B、方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场。磁感应强度B随时间t的变化情况如图乙所示。将阻值r=2 的导体棒ab垂直放在导轨上,使导体棒从t=0时由静止释放,t=1 s时导体棒恰
4、好运动到MN,开始匀速下滑。g取10 m/s2。求:导学号04450229,(1)01 s内回路中的感应电动势。 (2)导体棒ab的质量。 (3)02 s时间内导体棒所产生的热量。,【解析】(1)01 s内,磁场均匀变化,由法拉第电磁感 应定律有: E1= 由图象得: =2 T/s,且S=Lx=6 m2 代入解得:E1=12 V,(2)导体棒从静止开始做匀加速运动,根据牛顿第二定律得:mgsin=ma 解得:a=gsin=5 m/s2 t=1 s末进入磁场区域的速度为 v=at1=51 m/s=5 m/s 导体棒切割磁感线产生的电动势,E2=BLv=215 V=10 V 根据导体棒进入磁场区域
5、做匀速运动,可知导体棒受到 的合力为零,有 mgsin=F安=BIL 根据闭合电路欧姆定律有: I= 联立以上各式得:m=0.4 kg,(3)在01 s内,根据闭合电路欧姆定律可得 I1= =1.2 A 1 s2 s内,根据闭合电路欧姆定律可得: I2= =1 A 02 s内根据焦耳定律得导体棒所产生的热量:,Q= rt1+ r(t2-t1) 代入数据解得:Q=4.88 J 答案:(1)12 V (2)0.4 kg (3)4.88 J,【通关秘籍】 1.电磁感应中物理量的关系图:,2.解决电磁感应电路问题的策略是先源后路,即,【考点冲关】 (2018济南模拟)如图甲,MN、PQ两条平行的光滑金
6、 属轨道与水平面成=37角固定,M、P之间接电阻箱R, 导轨所在空间存在匀强磁场,磁场方向垂直于轨道平面 向上,磁感应强度为B=1 T。质量为m的金属杆ab水平放 置在轨道上,其接入电路的电阻值为r。现从静止释放,杆ab,测得最大速度为vm。改变电阻箱的阻值R,得到vm与R的关系如图乙所示。已知轨距为L=2 m,重力加速度g取10 m/s2,轨道足够长且电阻不计。求:,(1)杆ab下滑过程中感应电流的方向及R=0时最大感应电动势E的大小。 (2)金属杆的质量m和阻值r。 (3)当R=1 时,求回路瞬时电功率每增加1 W的过程中合外力对杆做的功W。,【解析】(1)杆中电流方向从ba(或aMPba
7、),由图可 知,当R=0时,杆最终以v=2 m/s匀速运动,产生的电动 势E=BLv,E=4 V。 (2)设最大速度为v,杆切割磁感线产生的感应电动势 E=BLv 由闭合电路的欧姆定律,I= 杆达到最大速度时满足 mgsin-BIL=0 解得v= 由图象可知:斜率为k= m/(s)=1 m/(s),纵截距为v0=2 m/s,得到 解得:m= kg,r=2 。,(3)由题意:E = BLv,P= 得P= P= 由动能定理得,W = W= 解得:W = 0.25 J。,答案:(1)方向从ba (或aMPba) 4 V (2) kg 2 (3)0.25 J,【加固训练】 (2018阳江模拟)如图所示
8、,阻值为R的金属棒从图示位置ab分别以v1、v2的速度沿光滑导轨(电阻不计)匀速滑到ab位置,若v1v2=12,则在这两次过程中 ( ),A.回路电流I1I2=12 B.产生的热量Q1Q2=14 C.通过任一截面的电荷量 q1q2=12 D.外力的功率P1P2=12,【解析】选A。回路中感应电流为:I= Iv,则得:I1I2=v1v2=12,故A项正确;产生的热 量为:Q=I2Rt=( )2R = Qv,则 得:Q1Q2=v1v2=12,故B项错误;通过任一截面的电 荷量为:q=It= q与v无关,则得:q1q2=11,故C项错误;由于棒匀速运动,外力的功率等于回路中的 功率,即得:P=I2R
9、=( )2R,Pv2,则得:P1P2=14, 故D项错误。,考点2 电磁感应中的动力学问题 【典题探究】 【典例2】(2016全国卷)如图, 两固定的绝缘斜面倾角均为,上 沿相连。两细金属棒ab(仅标出a 端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用,两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上,已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为,重力加速度大小为g,已知金属棒ab匀速下滑。求: 导学号04450230
10、,(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小。 (2)金属棒运动速度的大小。,【解析】(1)设导线的张力的大小为T,右斜面对ab棒的支持力的大小为N1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为N2。对于ab棒,由力的平衡条件得 2mgsin=N1+2T+F N1=2mgcos ,对于cd棒,同理有mgsin+N2=2T N2=mgcos 联立式得 F=mg(sin-3cos) ,(2)由安培力公式得F=BIL 这里I是回路abdca中的感应电流。ab棒上的感应电动 势为E=BLv 式中v是ab棒下滑速度的大小。由欧姆定律得 I= 联立式得v= 答案:(1)mg(sin-3co
11、s) (2),【通关秘籍】 1.导体的两种运动状态: (1)平衡状态:静止或匀速直线运动,F合=0。 (2)非平衡状态:加速度不为零,F合=ma。,2.电学对象与力学对象的转换及关系:,3.解决电磁感应中的动力学问题的策略是“先源后路、先电后力,再是运动”,即,【考点冲关】 (2018衡阳模拟)如图所示,足够长的光滑平行金属导 轨CD、EF倾斜放置,其所在平面与水平面间的夹角为 =30,两导轨间距为L,导轨下端分别连着电容为C的 电容器和阻值R=2r的电阻。一根质量为m,电阻为r的金 属棒放在导轨上,金属棒与导轨始终垂直并接触良好,一根不可伸长的绝缘轻绳一端拴在金属棒中间、另一端跨过定滑轮与质
12、量M=4m的重物相连。金属棒与定滑轮之间的轻绳始终在两导轨所在平面内且与两导轨平行,磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导轨所在平面向上,导轨电阻不计,初始状态用手托住重物使轻绳恰处于伸长状态,由静止释放重物,求:(重力加速度大小为g,不计滑轮阻力),(1)若S1闭合、S2断开,重物的最大速度。 (2)若S1和S2均闭合,电容器的最大带电量。 (3)若S1断开、S2闭合,重物的速度v随时间t变化的关系式。,【解析】(1)S1闭合,S2断开时,M由静止释放后拉动金属棒沿导轨向上做加速运动,金属棒受到沿导轨向下的安培力作用,设最大速度为vm,根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势 E=BLvm 根据闭合电
13、路的欧姆定律可得感应电流,I= = 当金属棒速度最大时有: Mg=mgsin30+BIL 解得:vm=,(2)S1,S2均闭合时,电容器两板间的最大电压 U=UR=IR= 电容器的最大带电量 Q=CU=,(3)S1断开、S2闭合时,设从释放M开始经时间t金属棒 的速度大小为v,加速度大小为a,通过金属棒的电流为 i,金属棒受到的安培力F=BiL,方向沿导轨向下,设在 时间t到(t+t)内流经金属棒的电荷量为Q,Q也 是平行板电容器在t到(t+t)内增加的电荷量, Q=CBLv, 根据运动学公式可得,v=at, 则i= =CBLa, 设绳中拉力为T,由牛顿第二定律,对金属棒有: T-mgsin3
14、0-BiL=ma 对M有:Mg-T=Ma 解得:a=,可知M做初速度为零的匀加速直线运动 v=at= t 答案:(1) (2) (3)v= t,【加固训练】 (2017江苏高考)如图所示,两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内,其右端接一阻值为R的电阻。质量为m的金属杆静置在导轨上,其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ的磁感应强度大小为B、方向竖直向下。当该磁场区域以速度v0匀速地向右扫过金属杆后,金属杆的速度变为v。导轨和金属杆的电阻不计,导轨光滑且足够长,杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触。求:,(1)MN刚扫过金属杆时,杆中感应电流的大小I。 (2)MN刚扫过金属杆时,杆的加速度大小a。 (3)PQ刚要离开金属杆时,感应电流的功率P。,【解析】(1)感应电动势E=Bdv0,感应电流I= , 解得I= 。 (2)安培力F=BId,由牛顿第二定律得F=ma,解得 a= 。,(3)金属杆切割磁感线的速度v=v0-v,则 感应电动势E=Bd(v0-v) 电功率P= 解得P= 。 答案:(1) (2) (3),考点3 电
