高考物理专题复习精品学案系列 电磁感应规律的综合应用

高考物理专题复习精品学案系列 电磁感应规律的综合应用内容摘要：

1、第 1 页 共 15 页高考物理专题复习精品学案电磁感应规律的综合应用【命题趋向】电磁感应综合问题往往涉及力学知识（如牛顿运动定律、功、动能定理、能量守恒定律等）、电学知识（如电磁感应定律、楞次定律、直流电路知识、磁场知识等）等多个知识点，突出考查考生理解能力、分析综合能力，尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力。 在备考中应给予高度重视。 【考点透视】电磁感应是电磁学的重点，是高中物理中难度较大、综合性最强的部分。 这一章是高考必考内容之一。 如感应电流产生的条件、方向的判定、自感现象、电磁感应的图象问题，年年都有考题，且多为计算题，分值高，难度大，而感应电动势的计算、法拉第电磁感应定律，因 2、与力学、电路、磁场、能量、动量等密切联系，涉及知识面广，综合性强，能力要求高，灵活运用相关知识综合解决实际问题，成为高考的重点。 因此，本专题是复习中应强化训练的重要内容。 【例题解析】一、电磁感应与电路题型特点：闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体在做切割磁感线运动,在回路中将产生感应电动势，回路中将有感应电流。 从而讨论相关电流、电压、电功等问题。 其中包含电磁感应与力学问题、电磁感应与能量问题。 解题基本思路：1产生感应电动势的导体相当于一个电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻. 2电源内部电流的方向是从负极流向正极，即从低电势流向高电势. 3产生感应电动势 3、的导体跟用电器连接，可以对用电器供电，决电磁感应中的电路问题，必须按题意画出等效电 路，其余问题为电路分析和闭合电路欧姆定律的应用. 例 个电阻的阻值分别为 R 和 2R，其余电阻不 计，电容器的电容量为 C，匀强磁场的磁感应强度为B， 方向垂直纸面向里，金属棒 ab、长度均为 l ，当棒 速度 v 向左切割磁感应线运动时，当棒 速度 2v 向右切割磁感应线运动时，电容 C 的电量为多大。 哪一个极板带正电。 解：画出等效电路如图所示：棒 生的感应电动势为： l V 棒 生的感应电动势为： 电容器 C 充电后断路，U = - Bl v /3， U C= /3Q=C /3 页 共 15 页右板带正 4、电。 例 2. 如图所示，金属圆环的半径为 R，电阻的值为 端可绕环的圆心 O 旋转，另一端 a 搁在环上，电阻值为 端固定在 O 点，另一端 阻值也是 的匀强磁场，并使 以角速度 影响 转动，求流过 a 旋转时产生感生电动势，大小为：，E=1/2B a 到最高点时，等效电路如图甲所示：E/5a 与 合时，环的电阻为 0，等效电路如图16 乙示：E/2R= 4R /5RI 4磁感应电路中的电量分析问题例 匀强磁场中固定放置一根串接一电阻R 的直角形金属导轨 纸面内），磁场方向垂 直纸面朝里，另有两根金属导轨 c、d 分别平行于 oa、以速率 V 移动 d，使它与 距离增大一倍；再以速率 V 移动 5、 c，使它与 距离减小一半； 然后，再以速率 2V 移动 c，使它回到原处；最后以速率2V 移动 d， 的电量的大小依次为 2、Q 3 和 A. 2Q 3Q 4 B. 22Q 32Q 4 C. 2Q 2Q 3Q 4 D. 2Q 3【解析】：设开始导轨 d 与 距离为 轨a 的距离为 法拉第电磁感应定律知，移动c 或 d 时产生的感应电动势：E t 的电量为：Q I 乙甲第 3 页 共 15 页由上式可知，通过导体 R 的电量与导体 d 或 c 移动的速度无关，由于 B 与 R 为定值，其电量取决于所围成面积的变化.若导轨 d 与 离增大一倍，即由 2 所围成的面积增大了 S1x 1若导轨 c 6、再与 离减小一半，即由 为 ，则所围成的面积又减小了 x2x1x 1若导轨 c 再回到原处，此过程面积的变化为 S 2 x2x1x 1最后导轨 d 又回到原处，此过程面积的变化为 S4x 1于 S 3 通过电阻 R 的电量是相等的，即 2Q 3Q 4. 所以选（A）。 小结：本题难度较大，要求考生对法拉第电磁感应定律熟练掌握，明确电量与导轨运动速度无关，而取决于磁通量的变化，同时结合图形去分析物理过程，根足够长的固定平行金属光滑导轨位于同一水平面，导轨上横放着两根相同的导体棒 ab、导轨构成矩形回路。 导体棒的两端连接着处于压缩状态的两根轻质弹簧，两棒的中间用细线绑住，它们的电阻均为 R，回路上其 7、余部分的电阻不计。 在导轨平面内两导轨间有一竖直向下的匀强磁场。 开始时，导体棒处于静止状态。 剪断细线后，导体棒在运动过程中 （A D）回路中有感应电动势两根导体棒所受安培力的方向相同两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能守恒两根导体棒和弹簧构成的系统动量守恒，机械能不守恒三、电磁感应中的单导轨问题例 5. 平行轨道 N 两端各接一个阻值 2 =8 的电热丝，轨道间距 L=1 m,轨道很长，本身电阻不计，轨道间磁场按如图所示的规律分布，其中每段垂直纸面向里和向外的磁场区域宽度为 2 感应强度的大小均为 B=1 T，每段无磁场的区域宽度为1 体棒 身电阻 r=1，与轨道接触良好，现让 v=10 8、m/s 的速度向右匀速运动求：(1)当 在磁场区域时，的电流为多大。 端的电压为多大。 受磁场力为多大。 (2)整个过程中，通过 电流是否是交变电流。 若是，则其有效值为多大。 并画出通过 电流随时间的变化图象a cb 页 共 15 页解：(1)感应电动势 E=0 V,的电流 I= 2 =2 A,端的电压为 U= V,受的安培力为 F= N，方向向左(2)是交变电流，交流电的周期 T=2 2 =0. 006 s，由交流电有效值的定义，可得 有 效 效。 通过 电流随时间变化图象如图所示四、电磁感应中的双导轨问题例 6. 如图所示，平行且足够长的两条光滑金属导轨，水平面夹角为 30，不电阻，广阔的匀强磁 9、场垂直穿过导轨平面，磁感应强度 B直导轨放置两金属棒 度均为 阻均为 量分别为 0.1 0.2 金属棒与金属导轨接触良好且可沿导轨自由滑动现 在外力作用下，以恒定速度vs 沿着导轨向上滑动， 则由静止释放，试求： (取 g10m1）金属棒 生的感应电动势；（2）闭合回路中的最小电流和最大电流；（3）金属棒 最终速度解：（1） （2）刚释放 时， 受到安培力为： 10. 受到的重力为： 5 页 共 15 页1N ； 1沿导轨向下加速滑动，既 合回路的 t增 大 ；电流也将增大，所以最小电流为： ） ; 当 的速度达到最大时，回路的电流最大，此时 的加速度为零。 由 0 ：（3）由 ）： ：五、电磁 10、感应图象问题题型特点：在电磁感应现象中，回路产生的感应电动势、感应电流及磁场对导线的作用力随时间的变化规律，也可用图象直观地表示出来此问题可分为两类(1)由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函数图像;(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程,决图象类问题的关键是分析磁通量的变化是否均匀，从而判断感应电动势（电流）或安培力的大小是否恒定，然后运用楞次定律或左手定则判断它们的方向,分析出相关物理量之间的函数关系,确定其大小和方向及在坐标在中的范围例 平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图 24 所示，当磁场的磁感应强度 B 随时间 t 如图变化时，在图中正确表示线圈 11、感应电动势 ）【解析】：在第 1s 内，由楞次定律可判定电流为正，其产生的感应电动势 ，在第 2s 和第 3s 内，磁场 B 不变化，线圈中无感应电流，在第 4s 和第 5s 内，B 减小，由楞次定律可判定，其电流为负，产生的感应电动势 4 5 2 3 4 5 t/ 2 3 4 5 t/ 2 3 4 5 t/ 2 3 4 5 t/ C 页 共 15 页，由于 B 2，t 22t 1，故 E 2，由此可知，A 查了电磁感应现象中对图象问题的分析，要正确理解图象问题，必须能根据图象的定义把图象反映的规律对应到实际过程中去，又能根据对实际过程抽象对应到图象中去，均匀电阻丝做成的正方形线框 电阻为 R 12、,ab=bc=cd=da=l，现将线框以与 直的速度 v 匀速穿过一宽度为 2l、磁感应强度为 B 的匀强磁场区域，整个过程中 ab、边始终保持与边界平行，令线框的 刚与磁场左边界重合时t=0，电流沿 动的方向为正(1)求此过程中线框产生的焦耳热；(2)在图乙中画出线框中感应电流随时间变化的图象；(3)在图丙中画出线框中 a、b 两点间电势差 时间 t 变化的图象解：（1） 割磁感线所产生的感应电动势为 对应的感应电流为 受的安培 外力所做的功为 W=能的转化和守恒定律可知，线框匀速拉出过程中所产生的焦耳热应与外力所做的功相等，即 Q=W= 2) 今 ，画出的图象分为三段，如图所示：t=0 ,i；t= 02I；t= ,3i。 (3)今 画出的图象分为三段，如图所示：t=0 440；t= l 0。