2019-2020年高中物理二轮总复习 电磁感应综合题教案.doc

2019-2020年高中物理二轮总复习 电磁感应综合题教案解答“龟磁感应综合题”一类试题，应了解以下几点： 1.电磁感应与力学知识综合：导体在磁场中做切割磁感线运动，田路中产生感应电流，感应电流在磁场中又要受到安培办的作府；从而引出一系列如平衡、加速度、动量和能量等综合问题.利用平衡、牛顿定律和动量定理 动能定理要解决问题 2电磁感应和直流电路知识综合：利用闭合电路欧姆定律求感应电流的大小，利用直流电路的串、并联知识求各部分支路的电压、电流和电功率(或热功率)、消耗的电能等问.3涉及能的转化和守恒定律，有时用守恒思想解题较简单 高考最新热门题 1 (典型例题)如图25-21所示，a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在的平面纸面)向里.导线的a1b1，段与a2b2段是竖直的，距离为l1，c1d1段与c2d2段也是垂直的，距离为l2,x1y1与x2y2为两根用不可可长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m1和m2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触两杆与导轨构成的回路的总电阻为R.F为作用于金属杆x1y1上的竖直向上的恒力已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用于两杆的重力的功率大小和回路电阻上的热功率命题目的与解题巧：考查法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、焦耳定律等规律的综合应用能力.解题关键是分析清楚物理过程. 解析 设杆向上运动的速度为v，因杆的运动，两抒与导轨构成的回路的面积减少，从而磁通量也减少，由法拉第电磁感应定律，回路中的感应电动势的大小E=B(l2-l1) 回路中的电流 电流沿顺时针方向，两金属杆都要受到安培力作用，作用于杆x1y1的安培力f1=Bl1I 方向向上作用于杆x2y2的安培力f2=Bl2I 方向向下 当杆作匀速运动时，根据牛顿第二定律有：F-m1g-m2g+f1-f2=0 解以上各式，得 作用于两杆的重力的功率的大小p=(m1=+m2)gv 电阻上的热功率 Q=I2R 由式得 答案 2 (典型例题)如图25-22(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，磁场方向垂直斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，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25-2-2(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 答案:如图D25-1所示 (2)；gsin- (3) 指导：(1)如图D 25-1所示，某时刻ab杆受重力 mg，方向竖直向下，支持力N，方向垂直斜面向上；安培力F，方向平行斜面向上 (2)当ab杆速度为v时，感应电动热E=BLv，此时电路中电流I=杆所受安培力F=BIv根据牛顿运动定律，有ma=mgsin-F=mgsin , (3)当=mgsin时，ab杆达到最大速度 vm,Vm=3 (典型例题)水平面上两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，如图2523所示，金属杆与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也会变化，v和F的关系如图25-2-4所示(取重力加速度g=10ms2) (1)金属杆在匀速运动之前做什么运动? (2)若m=0.5kg，L=0.5m,R=0.5，磁感应强度B为多大？(3)由v-F图线的截距可求得什么物理量?其值为多少? 答案:加速度减小的加速运动 (2)lT (3)动摩擦因数 V=04指导：(1)金属杆运动后，回路中产生感应电流，金属杆将受 F和安培力的作用，且安培力随着速度增大而增加，杆所受合外力减小，故加速度减小，即加速度减小的加速运动(2)感应电动势E=BLv，感应电流I=，安培力F=BIL=由图线可知金属杆受拉力、安培力和阻力作用，匀速时合力为零F=+f所以v=(F-f)从图一可以得一直线的斜率k=2，所以B=1T.(3)由直线的截距可以求得金属杆受到的阻力f=2N若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力，由截距可求得动摩擦因数 =04 (典型例题)如图25-2-5所示，在水平面上两条平行导电导轨MN、PQ，导轨间距离为l匀强磁场垂直于导轨所在的平面(纸面)向里，磁感应强度的大小为且两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们的质量和电阻分别为m1、m2和R1、R2两杆与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数皆为.已知杆l被外力拖动，以恒定的速度vo沿导轨运动，达到稳定状态时，杆2也以恒定速度沿导轨运动，导轨的电阻可忽略.求此时杆2克服摩擦力做功的功率. 答案: p=m2g 指导：设杆2的运动速度为 v，由于两杆运动时，两杆和导轨成的回路中磁通量发生变化，产生电磁感应现象，感应电动势为E=B1(v0-v)，感应电流I杆2做匀速运动，它受到的安培力等于它受到的摩擦力，即BlI=m2g摩擦力的功率p=m2gv由以上各式解得P=m2gv0-(R1+R2)5 (典型例题)如图252-6所示，OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨，O、C处分别接有短电阻丝(图中用粗线表示)，R1=4，R2=8(导轨其他部分电阻不计)导轨OAC的形状满足方程y=2sin()(单位：m)磁感应强度B=0.2T，的匀强磁场方向垂直于导轨平面一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的速率v=5.0 ms水平向右在导轨上从O点滑动到C点，棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直不计棒的电阻求： (1)外力F的最大值； (2)金属棒在导轨上运动时电阻丝R1上消耗的最大功率；(3)在滑动过程中通过金属棒的电流I与时间t的关系 答案:03N(2)1W(3)A指导：(1)金属棒匀速运动 F外=F安 由E=Biv,I=得F外=BIL =当L达到最大，即 则 (2)=1 W (3)金属棒与导轨接触点间的点的长度随时间变化， L=2sin(x)，且x=vt，E=BLv，则 I=.6 (典型例题)如图2527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ro=0.10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=0.20cm有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt，比例系数k=0.020Ts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 F=14410-3N 指导：以a表示金属杆运动的加速度，在 t时刻，金属杆与初始位置的距离L=at2，此时杆的速度 v=at，杆与导轨构成的回路的面积SLl，回路中的感应电动势E=+Blv而B=kt ,=k回路的总电阻R= 2Lr0，回路中的感应电流I=，作用于杆的安培力F=BlI解得F=t，代入数据得F=14410-3N7 (典型例题)如图25-28所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度 B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计，导轨间的距离l=0.20 m.两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、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=0.5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的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动，经过t=5.0s，金属杆甲的速度为o =1.37 ms2问：此时两金属杆的速度各为多少? 题点经典类型题 1 (典型例题)如图2529所示，MN、PQ是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为工，导轨平面与水平面的夹角为，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，磁感应强度为B，在导轨的MP间连接一个阻值为R的电阻， 一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，从静止释放开始沿导轨下滑，求ab棒的最大速度(已知ab与导轨间动摩擦因数为，导轨和金属棒的电阻不计)命题目的与解题技巧：考查电磁感应定律与运动定律的综合分清物理过程，选择合适定律列方程求解 解析 ab下滑做切割磁感线运动，感应电流方向及受力情况如图25210(甲)所示E=BLv ，I= ，F= BIL ，F合=mgsin-F-N=ma ，N=mgcos 联立解得a=(mgsin-B2L2v/R-mgcos)m 在ab下滑过程中，速度增大，由上式知加速度减小，ab做加速度逐渐减小的加速运动，当a=0时，速度达到最大值，设为vm，则有mgsin-B2L2vm/R-mgcos=0 所以vm=mg(sin -cos)RB2L2若此题中B的方向竖直向上，则磁场力沿水平方向，受力如图25 210(乙)所示，N=mgcos +Fsin，速度最大时，mgsin-F 动态分析过程中，受力情况分析必须注意空间坐标的建立及力空间坐标系中的方向 答案 vm=mg(sin-cos)RB2L2 2 (典型例题)如图25211所示，直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中，ab是一段长为l、电阻为R的均匀导线，ac和bc的电阻可不计，ac长度为l2磁场的磁感应强义为B，方向垂直于纸面向里现有一段长为12、电阻为R2的均匀导体杆MN架在导线框，开始时靠近(但不接触)ac，然后在水平外力作用下沿ab方向以速度v向b端匀速滑动，滑动中始终与ac平行并与导线框保持良好接触求： (1)回路中感应电动势的最大值，并判断出导线ac中的电流方向；(2)当MN滑运的距离为l3时，作用在导体杆MN上的外力大小 3 (典型例题)如图2522所示，一个被x轴和曲线方程 y=0.2sin10x/3(m)所围的空间中存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B=0.2T.方形金属线框的边长是0.4m，电阻是0.1 ，它的一边与z轴重合，在拉力F的作用下，线框以10.0 ms的速度水平向右匀速运动 试求： (1)拉力F的最大功率是多少? (2)拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区? 4 (典型例题)如图25l13所示，足够长的金属导轨ABCDEF，ABC与DEF平行，相距L=1 m，AB、EF是弧形，BC、DE水平放置，BAFE光滑，BCDE粗糙，且BCDE处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=0.5T金属棒MN质量m=0.5 ks，电阻间接有电阻，R1=R2=2，其余电阻忽略不计，今将金属棒自弧形导轨中离水平部分高h=0.8m处由静止开始释放，在导轨水平部分中前进s=2m后静止求： (1)金属棒在导轨水平部分运动时的最大加速度：(2)全过程中R1产生的焦耳热 5 (典型例题)如图25214所示，abcd是质量为M=2kg的导轨，放在光滑绝缘的水平面上，另有一根质量m=0.6kg的金属棒PQ平行bc放在水平导轨上，PQ棒左边靠着绝缘的竖直立柱e、f，导轨处于匀强磁场中，场以00为界，左侧的磁场方向竖直向上，右侧的磁场方向水平向右，磁感应强度都为B=0.8T导轨的bc段长l=0.5m，其电阻r=0.4，金属棒的电阻R=0.2，其余电阻均可不计，金属棒与导轨间的动摩擦因数P=0.2若导轨上作用一个方向向左、大小为F=2N的水平拉力，设导轨足够长，g取10ms2试求： (1)导轨运动的最大加速度：(2)流过导轨的最大电流 6 (典型例题)匀强磁场磁感应强度B=0.2T，磁场宽度L=3m，一正方形金属框边长ab=l=1 m，其电阻r=0.2 ，金属框以v=10ms的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图25-215所示求： (1)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的I-t图线；(2)画出ab两端电压的U-t图线 新高考命题方向预测1 把一个矩形线圈从理想边界的匀强磁场中匀速拉出，如图25216所示，第一次速度为v1，第二次速度为v2，且v2=2v1,则两种情况下拉力的功之比_，拉力的功率之比_，线圈中产生的焦耳热之比=_.2 如图25217所示，水平放置的金属导轨MN与PQ平行，相距0.6m，电阻R=1，匀强磁场的磁感应强度B为1 T，当用水平恒力拉动金属杆oA在导轨上向右匀速移动时，电压表的读数0.5V若ab部分的电阻为0.2，其余部分电阻均不计，求： (1)说出00杆中的感应电流方向； (2)ab杆切割磁感线所产生的感应电动势； (3)ab杆匀速移动的速度大小；(4)ab杆受到的安培力大小 3 如图25218所示，质量为m、边长为L的正方形线框，从有界匀强磁场的上方h高处由静止自由下落，线框的总电阻为R.已知匀强磁场的磁感应强度为B、宽度为2L，线框下落过程中，ab边始终与磁场边界平行且处于水平方向若ab边刚穿出磁场时线框恰好做匀速运动，求： (1)线框穿过上边界的运动性质是怎样的； (2)cd边刚进入磁场时线框的速度；(3)线框穿过磁场的过程中，产生的焦耳热 4 两根足够长的平行金属导轨位于水平面内，导轨间距为L，导轨上横放着两根导体棒ab和cd，构成 矩形回路，如图25219所示两根导体棒的质量都为m，电阻都为R，回路中其余部分的电阻可忽略不计在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为且设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒ab静止，cd棒有向右的初速度vo求： (1)开始时，棒ab的加速度是多大? (2)当cd棒的速度变为初速度的时，棒ab的加速度是多大?(3)两棒运动过程中产生的焦耳热最多为多少?考场热身探究性命题综合测试 1 在圆形线圈的开口处接一平行板电容器，线圈的一部分置于周期性变化的磁场中，图Z 251所示的方向为B的正方向，那么平行板电容器中负电荷的加速度方向在一周期内的变化是(电荷只受电场力) A.向上，向下，向下，向上 B向下，向上，向下，向上 C向上，向下，向上，向下 D向下，向上，向上，向下 2 如图Z252所示，两块水平放置的平行金属板面间距为d，定值电阻的阻值为R，竖直放置的线圈匝数为n，绕制线圈导线的电阻也为R，其他导线的电阻忽略不计现有竖直向上的磁场B穿过线圈，在两极板中一个质量为m、电量为q，带正电的油滴恰好处于静止状态，则磁场B的变化情况是 A.均匀增大，磁通量变化率的大小为 B.均匀增大，磁通量变化率的大小为 C.均匀减小，磁通量变化率的大小为 D均匀减小，磁通量变化率的大小为 3 如图Z253所示，用铝板制成“”形框，将一质量为m的带电小球用绝缘细线悬挂在框的上方，让整体在垂直于水平方向的匀强磁场中向左以速度v匀速运动，悬线拉力为了，则 A.悬线竖直，T=mg B.悬线竖直，Tmg C.选择合适的大小，可使T=0 D因条件不足，T与mg的大小关系无法确定4 如图Z254(甲)中一个矩形线圈，以速度v从没有磁场的空间进入磁感应强度为B1的匀强磁场，然后又进入磁感应强度为B2的匀强磁场，最后离开这个磁场，在图Z254(乙)中哪个曲线正确地表示了线圈上感应电动势e与时间t的函数关系?5 如图Z255所示，边长为L的正方形导线框质量为m，由距磁场H高处自由下落，其下边ab进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其上边cd刚刚穿出磁场时，速度减为ab边进入磁场时的一半，磁场的宽度也为L，则线框穿越匀强磁场过程中发出的焦耳热为 A.2mgL B2mgL+mgHC2mgL+mgH D2mgL+ 6 如图Z256所示，正方形金属框以初速度vo进入一有：界匀强磁场区域(金属框除受磁场力外，不受其他力作用)，进入时金属框的一边与磁场边界平行，速度方向垂直于磁场边界，金属框完全在磁场中运动时的速度为v， 刚刚离开磁场时的速度为v1，且已知v=(vo+v1)2，则有下列说法正确的是 A.若磁场的宽度恰好等于金属框的边长，金属框将一直作匀速运动 B.金属框离开磁场的过程比进人磁场过程损失的机械能较多 C.金属框进入磁场的过程和离开磁场的过程损失的机械能相同 D .金属框进入磁场和离开磁场损失的动量相同7有一阻值为05的闭合线圈，放在如图Z25-7所示的磁场中，如果穿过线圈的磁通量增加，通过线圈导线的横截面的电量为05 C，则等于_，感应电流的方向是_. 8 如图Z258所示，A、B两个正方形线框，边长相等，都是同种材料制成的，它们从同一高度由静止下落，A线框导线的横截面积是盈线框的3倍则它们穿过同一磁场所用时间t甲_t乙(填大于”、“小于”或“等于”)9 有一面积为100cm 2的金属环，电阻为0.1 ，环中磁场变化规律如图Z259所示，且磁 场方向垂直于环面向里，在t1到t2的时间内，环中感应电 流沿_方向，流过的电量为_. 10如图Z2510所示,MN为金属杆，在竖直平面内贴着光滑导轨下滑，导轨的间距l=10cm，导轨上端接有电阻R=0.5 ，导轨与金属杆电阻不计整个装置处于B=0.5T的匀强磁场中，若杆稳定下落时，每秒钟有O.02J的热量产生(电能全部转化为热能)，则MN杆下落的速度v=_. 11如图Z2511(甲)所示，由均匀电阻丝做成的正方形线框abcd的电阻为R，ab=bc=cd=ad=l现将线框以与ab垂直的速度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、cd两边始终保持与边界平行令线框的cd边刚与磁场左边界重合时t=0，电流沿abcd流动的方向为正 (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Uab随时间t变化的图像12 如图Z 2512所示，金属棒ab质量m=5 g，放在相距L=1 m、处于同一水平面上的两根光滑的平行金属导轨最右端，导轨距地高h=0.8 m，电容器C=400F，电源电动势E=16V，整个装置放在方向竖直向上、磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中开关S先打开向1，稳定后再打向2，金属棒被抛到水平距离x=6.4 cm的地面上，空气阻力忽略不计，取g=10 ms2求金属棒ab抛出后电容器两端电压有多高? 13 如图Z 2513所示，光滑斜面的倾角=30，在斜面上放置一矩形导体线框abcd，ab边边长L1=1 m，bc边边长L2=0.6 m，线框质量为m=1 kg，电阻R=0.1 ，线框通过细线与重物相连，重物质量M=2 kg，斜面上ef线(ef/gh)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场B=0.5 T，如果线框从静止开始运动，进入磁场最初一段时间是匀速的，ef线与gh线的距离5=11.4 m，取g=10 ms，试求：(1)线框进入磁场时匀速运动的速度v是多少?(2)ab边由静止至运动到gh边线所用时间t是多少?