高考物理三轮冲刺：电磁感应综合应用 教案

1、电磁感应综合应用1.掌握电磁感应与电路结合问题的分析方法2.掌握电磁感应动力学问题的重要求解内容3.能解决电磁感应与能量结合题型4.培养学生模型构建能力和运用科学思维解决问题的能力电磁感应中的电路问题1、分析电磁感应电路问题的基本思路对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成在闭合电路中，“相当于电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样，等于路端电压，而不等于感应电动势【例题1】用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2m，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图所示，当磁场以10T/s的变化率增强时，线框中a、b两点间的电势差是

2、 ()AUab0.1V BUab0.1VCUab0.2V DUab0.2V【演练1】如图所示，两个相同导线制成的开口圆环，大环半径为小环半径的2倍，现用电阻不计的导线将两环连接在一起，若将大环放入一均匀变化的磁场中，小环处在磁场外，a、b两点间电压为U1，若将小环放入这个磁场中，大环在磁场外，a、b两点间电压为U2，则 ()A.eq f(U1,U2)1 B.eq f(U1,U2)2 C.eq f(U1,U2)4 D.eq f(U1,U2)eq f(1,4)【例题2】把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，一长度为2a，电阻等于

3、R，粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求： (1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN；(2)圆环消耗的热功率和在圆环及金属棒上消耗的总热功率【演练2】如图甲所示，固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨，间距d0.5m右端接一阻值为4的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B按如图乙规律变化CF长为2m在t0时，金属棒从图中位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置，整个过程中，小灯泡亮度始终不变已知ab金属棒电阻为1，求： (1)通过小灯泡的电流；(2)恒力F的大小；(3)金属棒的质量电磁感应的动力

4、学问题1导体棒的两种运动状态(1)平衡状态导体棒处于静止状态或匀速直线运动状态，加速度为零；(2)非平衡状态导体棒的加速度不为零2两个研究对象及其关系电磁感应中导体棒既可看作电学对象(因为它相当于电源)，又可看作力学对象(因为有感应电流而受到安培力)，而感应电流I和导体棒的速度v是联系这两个对象的纽带3电磁感应中的动力学问题分析思路(1)电路分析：导体棒相当于电源，感应电动势相当于电源的电动势，导体棒的电阻相当于电源的内阻，感应电流Ieq f(Blv,Rr).(2)受力分析：导体棒受到安培力及其他力，安培力F安BIleq f(B2l2v,Rr)，根据牛顿第二定律：F合ma.(3)过程分析：由于

5、安培力是变力，导体棒做变加速运动或变减速运动，当加速度为零时，达到稳定状态，最后做匀速直线运动，根据共点力的平衡条件列方程：F合0.4. 电磁感应中电量求解（1）利用法拉第电磁感应定律由 整理得： 若是单棒问题 （2）利用动量定理 单棒无动力运动时-BILt=mv2-mv1 又整理得： BLq= mv1-mv2【例题3】如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨

6、由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值(4)若从开始下滑到最大速度时，下滑的距离为x,求这一过程中通过电阻R的电量q.【演练3】（多选）如图所示，电阻不计间距为L的光滑平行导轨水平放置，导轨左端接有阻值为R的电阻，以导轨的左端为原点，沿导轨方向建立x轴，导轨处于竖直向下的磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一根电阻也为R、质量为m的金属棒垂直于导轨放置于x0处，

7、不计金属棒与轨道间接触电阻，现给金属棒沿x轴正方向的初速度v0，金属棒刚好能运动到2 x0处，则在金属棒运动过程中A、金属棒做匀减速直线运动B、通过电阻R的电荷量为C、金属棒运动到1.5 x0处时速度大小为D、金属棒运动到1.5 x0处时速度大小为电磁感应中的能量转化与守恒1电磁感应中的能量转化特点外力克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化成电能；感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式的能(如内能)这一功能转化途径可表示为：eq x(其他形式的能)eq o(,sup11(外力克服),sdo4(安培力做功)eq x(电能)eq o(,sup11(电流),sdo4(做功)eq x(其他形式

8、的能)2求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路(1)分析回路，分清电源和外电路(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化如：有摩擦力做功，必有内能产生；有重力做功，重力势能必然发生变化；克服安培力做功，必然转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能(3)列有关能量的关系式3焦耳热的计算技巧(1)感应电路中电流恒定，焦耳热QI2Rt.(2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析：利用功能关系，产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即QW安而克服安培力做的功W安可由动能定理求得利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少，即QE其他【例题4】 如图所示，光滑平行足

9、够长的金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨范围内存在磁场，其磁感应强度大小为B，方向竖直向下，导轨一端连接阻值为R的电阻.在导轨上垂直导轨放一长度等于导轨间距L、质量为m的金属棒，其电阻为r.金属棒与金属导轨接触良好.金属棒在水平向右的恒力F作用下从静止开始运动，经过时间t后开始匀速运动，金属导轨的电阻不计.求：(1)金属棒匀速运动时回路中电流大小；(2)金属棒匀速运动的速度大小以及在时间t内通过回路的电荷量.(3)若在时间t内金属棒移动的位移为x，求电阻R上产生的热量.【演练4】(多选)如图所示，相距为d的两条水平虚线L1、L2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B，正方形线圈abcd边长

10、为L（Ld），质量为m，电阻为R，将线圈在磁场上方高h处静止释放，cd边刚进入磁场时速度为v0，cd边刚离开磁场时速度也为v0，则下列说法正确的是A线圈进入磁场的过程中，感应电流为顺时针方向B线圈进入磁场的过程中，可能做加速运动C线圈穿越磁场的过程中，线圈的最小速度可能为D线圈从cd边进入磁场到ab边离开磁场的过程，线圈发热为2mgd【例题5】如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距L0.4 m导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为MN，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁场感应度大小均为B0.5 T在区域中，

11、将质量m10.1 kg，电阻R10.1 的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑然后，在区域中将质量m20.4 kg，电阻R20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10 m/s2，问 (1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少？【例题6】如图所示，两条相互平行的光滑金属导轨相距l，其中水平部分位于同一水平面内，倾斜部分构成一倾角为的斜面，倾斜导

12、轨与水平导轨平滑连接。在水平导轨区域内存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。两长度均为的金属棒a、cd垂直导轨且接触良好，分别置于倾斜和水平轨道上，ab距水平轨道面高度为。ab、cd质量分别为2.和，电阻分别为r和2r。由静止释放ab棒，导轨电阻不计。重力加速度为g，不计两金属棒之间的相互作用，两金属棒始终没有相碰。求(1)ab棒刚进入水平轨道时cd棒的电流(2)两金属棒产生的总热量Q(3)通过cd棒的电量练习1如图甲所示，电路的左侧是一个电容为C的电容器，电路的右侧是一个环形导体，环形导体所围的面积为S.在环形导体中有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小随时间变化的规律如图乙所示则在

13、0t0时间内电容器 ()A上极板带正电，所带电荷量为 B上极板带正电，所带电荷量为C上极板带负电，所带电荷量为 D上极板带负电，所带电荷量为2如图所示，MN和PQ是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，右端接一个阻值为R的定值电阻，平直部分导轨左边区域有宽度为d、方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场，质量为m、电阻也为R的金属棒从高度为h处静止释放，到达磁场右边界处恰好停止，已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为，金属棒与导轨间接触良好，则金属棒穿过磁场区域的过程中A流过金属棒的最大电流为eq f(Bdr(2gh),2R)B通过金属棒的电荷量为eq f(B

14、dL,R)C克服安培力所做的功为mghD金属棒产生的焦耳热为eq f(1,2)mg(hd)3(多选)如图所示，间距为L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好。整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。现使金属棒以初速度沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q。下列说法正确的是A金属棒在导轨上做匀减速运动B整个过程中金属棒克服安培力做功为C整个过程中金属棒在导轨上发生的位移为D整个过程中电阻R上产生的焦耳热为4(多选)如图所示，在倾角为的光滑斜面上，存在着两个大小相等、方

15、向相反的匀强磁场，磁场方向与斜面垂直，两磁场的宽度MJ和JG均为L，一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形导线框，由静止开始沿斜面下滑，当ab边刚越过GH进入磁场时，线框恰好以速度做匀速直线运动；当ab边下滑到JP与MN的中间位置时，线框又恰好以速度做匀速直线运动。则下列说法正确的是Av= v。B线框离开MN的过程中电流方向为adcbaC当ab边刚越过JP时，线框加速度的大小为3 gsinD从ab边刚越过GH到ab边刚越过MN过程中，线框产生的热量为5.如图甲所示，平行导轨MN、PQ水平放置，电阻不计，两导轨间距d10cm，导体棒ab、cd放在导轨上，并与导轨垂直每根棒在导轨间的部分，电阻

16、均为R1.0.用长为L20cm的绝缘丝线将两棒系住整个装置处在匀强磁场中，t0的时刻，磁场方向竖直向下，丝线刚好处于未被拉伸的自然状态此后，磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示不计感应电流磁场的影响，整个过程丝线未被拉断求：(1)02.0s的时间内，电路中感应电流的大小与方向；(2)t1.0s时，丝线的拉力大小6.如图所示，光滑金属导轨PN与QM相距1m，电阻不计，两端分别接有电阻R1和R2，且R16，R23，ab导体棒的电阻为2.垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1T现使ab以恒定速度v3m/s匀速向右移动，求： (1)导体棒上产生的感应电动势E.(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少

17、？(3)拉ab棒的水平向右的外力F为多大？7.如图甲所示，间距L0.5 m的两根光滑平行长直金属导轨倾斜放置，导轨平面倾角30.导轨底端接有阻值R0.8 的电阻，导轨间有、两个矩形区域，其长边都与导轨垂直，两区域的宽度均为d20.4 m，两区域间的距离d10.4 m，区域内有垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度大小B01 T，区域内的磁感应强度B随时间t变化如图乙所示，规定垂直于导轨平面向上的磁感应强度方向为正方向.t0时刻，把导体棒MN无初速度地放在区域下边界上.已知导体棒的质量m0.1 kg，导体棒始终与导轨垂直并接触良好，且导体棒在磁场边界时都认为处于磁场中，导体棒和导轨电阻不计，取重

18、力加速度g10 m/s2.求： (1)0.1 s内导体棒MN所受的安培力大小；(2)t0.5 s时回路中的电动势和流过导体棒MN的电流方向；(3)0.5 s时导体棒MN的加速度大小.8.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，两定滑轮间的距离也为L.左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.已知斜面及两根柔软轻导线足够长.回路总电阻为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.使两金属棒水平，从静止开始下滑.求： (1)金属棒运动