2019年高考物理一轮复习第十章电磁感应第3讲电磁感应规律的综合应用学案.doc

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资源描述

1、【 精品教育资源文库 】 第 3 讲 电磁感应规律的综合应用 微知识 1 电磁感应中的电路问题 1内电路和外电路 (1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于 电源 。 (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的 内阻 ,其余部分是 外电路 。 2电源电动势和路端电压 (1)电动势: E BLv 或 E n t 。 (2)电源正、负极:用 右手定则 或 楞次定律 确定。 (3)路端电压: U E Ir IR。 微知识 2 电磁感应图象问题 【 精品教育资源文库 】 微知识 3 感应电流在磁场中所受的安培力 1安培力的大小 由感应电动势 E BLv,感应电流 I ER和安培力

2、公式 F BIL 得 F B2L2vR 。 2安培力的方向判断 微知识 4 电磁感应中的能量转化与守恒 1能量转化的实质 【 精品教育资源文库 】 电磁感应现象的能量转化实质是其他形式能和电能之间的转化。 2能量的转化 感应电流在磁场中受安培力,外力克服安培力 做功 ,将其他形式的能转化为 电能 ,电流做功再将电能转化为内能 (或其他形式的能 )。 3热量的计算 电流 (恒定 )做功产生的热量用焦耳定律计算,公式 Q I2Rt。 一、思维辨析 (判断正误,正确的画 “” ,错误 的画 “” 。 ) 1闭合电路的欧姆定律同样适用于电磁感应电路。 () 2在闭合回路中切割磁感线的那部分导体两端的

3、电压一定等于产生的感应电动势。 () 3电路中电流一定从高电势流向低电势。 () 4克服安培力做的功一定等于回路中产生的焦耳热。 () 5有安培力作用时导体棒不可能做加速运动。 () 二、对点微练 1 (电磁感应中的电路问题 )如图所示,两个互连的金属圆环,小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一,磁场垂直穿过大金属环所在区域,当磁感应强度随时间均匀变化时,在大环内产生的感应电动势为 E,则 a、 b 两点间的电势差为 ( ) A.12E B.13E C.23E D E 解析 a、 b 间的电势差等于路端电压,而小环电阻占电路总电阻的 13,故 a、 b 间电势差为 U 13E, B 项正确。

4、答案 B 2 (电磁感应中的图象问题 )在四个选项中,虚线上方空间都存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。 A、 B 中的导线框为正方形, C、 D 中的导线框为直角扇形。各导线框均绕垂直纸面轴O 在纸面内匀速转动,转动方向如箭头 所示,转动周期均为 T。从线框处于图示位置时开始计时,以在 OP 边上从 P 点指向 O 点的方向为感应电流 i 的正方向。则在选项中的四个情景【 精品教育资源文库 】 中,产生的感应电流 i 随时间 t 的变化规律如图所示的是 ( ) 解析 根据感应电流在一段时间恒定,导线框应为扇形;由右手定则可判断出产生的感应电流 i 随时间 t 的变化规律如题图甲所示的是 C。

5、答案 C 3 (电磁感应中的动力学问题 )(多选 )如图所示,有两根和水平方向成 角的光滑平行金属轨道,上端接有可变电阻 R,下端足够长,空间有垂直于轨道平面的匀强磁场,磁感应强度为 B。一根质量为 m 的金属杆从轨道上由静止滑下,经过足够长的时间后,金属杆的速度会趋近于一个最大速度 vmax,则 ( ) A如果 B 增大, vmax将变大 B如果 变大, vmax将变大 C如果 R 变大, vmax将变大 D如果 m 变大, vmax将变大 【 精品教育资源文库 】 解析 金属杆从轨道上由静止滑下,经足够长时间后,速度达最大值 vmax,此后金属杆做匀速运动,杆受重力、轨道的支持力和安培力

6、,如图所示。安培力 F BLvmaxR LB,对金属杆列平衡方程 mgsin B2L2vmaxR ,则 vmaxmgsin RB2L2 ,由此式可知, B 增大, vmax减小; 增大,vmax增大; R 变大, vmax变大; m 变大, vmax变大。因此 B、 C、 D 项正确。 答案 BCD 4 (电磁感应中的能量问题 )如图所示,竖直放置的两根平行金属导轨之间接有定值电阻 R,质量不能忽略的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触且无摩擦,棒与导轨的电阻均不计,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,棒在竖直向上的恒力 F 作用下加速上升的一段时间内,力 F 做的功与安培力做的功

7、的代数和等于 ( ) A棒的机械能 增加量 B棒的动能增加量 C棒的重力势能增加量 D电阻 R 上放出的热量 解析 棒受重力 G、拉力 F 和安培力 F 安 的作用。由动能定理: WF WG W 安 Ek得 WF W 安 Ek mgh,即力 F 做的功与安培力做功的代数和等于机械能的增加量,选项 A 正确。 答案 A 见学生用书 P164 【 精品教育资源文库 】 微考点 1 电磁感应中的电路问题 核 |心 |微 |讲 在电磁感应过程中,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,该导体或回路相当于电源。因此,电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起。解决此 类问题的基本思想是将电

8、磁感应问题转化为直流电路的分析与计算问题。 基本思路: 用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向; 弄清电路结构,必要时画出等效电路图; 运用欧姆定律、串并联电路等规律求解路端电压、电功率等问题。 典 |例 |微 |探 【例 1】 (多选 )如图所示,边长为 L、不可形变的正方形导线框内有半径为 r 的圆形磁场区域,其磁感应强度 B 随时间 t 的变化关系为 B kt(常量 k0)。回路中滑动变阻器 R 的最大阻值为 R0,滑动片 P 位于滑动变阻器中央,定值电阻 R1 R0、 R2 R02。闭合开关 S,电压表的示数为 U,不考虑虚线 MN 右侧导体的感应电动势,则 ( )

9、A R2两端的电压为 U7 B电容器的 a 极板带正电 C滑动变阻器 R 的热功率为电阻 R2的 5 倍 D正方形导线框中的感应电动势为 kL2 【 精品教育资源文库 】 【解题导思】 (1)电路中哪部分是电源? 答: MN 左侧的正方形线框是电源。 (2)滑动变阻器的左右两部分中电流相等吗? 答: 滑动变阻器的左边部分电流大于右边部分电流。 解析 将滑动变阻器在滑片处分为两部分,电阻均为 R02,其中右侧部分与 R2并联,并联阻 值为 R04,所以电路中总电阻为 7R04 ,由欧姆定律可知, A 项正确;当磁感应强度均匀增加时,由楞次定律可知, R2中电流从右向左,所以 b 板带正电, B

10、 项错误;滑动变阻器右侧部分电流、电压均与 R2相同,左侧部分电阻与 R2相同,电流是 R2中电流的 2 倍,由 P I2R 可知滑动变阻器的总功率是 R2的 5 倍,所以 C 项正确;由法拉第电磁感应定律可知 E n BS t ,其中 S为有效面积, S r2,得 E kr2,所以 D 项错误。 答案 AC 题 |组 |微 |练 1.如图所示,虚 线框内存在均匀变化的匀强磁场,三个电阻 R1、 R2、 R3的阻值之比为 1 23,导线的电阻不计。当 S1、 S2闭合, S3断开时,闭合回路中感应电流为 I;当 S2、 S3闭合,S1断开时,闭合回路中感应电流为 5I;当 S1、 S3闭合,

11、S2断开时,闭合回路中感应电流为 ( ) A 0 B 4I C 6I D 7I 解析 因为 R1 R2 R3 1 2 3,可以设 R1 R, R2 2R, R3 3R;由电路图可知,当 S1、S2闭合, S3断开时,电阻 R1与 R2组成闭合回路,设此时感应电动势是 E1,由欧姆定律可得E1 3IR。当 S2、 S3闭合, S1断开时,电阻 R2与 R3组成闭合回路,设感应电动势为 E2,由欧姆定律可得 E2 5I5 R 25IR。当 S1、 S3闭合, S2断开时,电阻 R1与 R3组成闭合回路,此时感应电动势 E E1 E2 28IR,则此时的电流 I E4R 28IR4R 7I,故选项

12、D 正确。 【 精品教育资源文库 】 答案 D 2在同一水平面上的光滑平行导轨 P、 Q 相距 l 1 m,导轨左端接有如图所示的电路。其中水平放置的平行板电容器两极板 M、 N 相距 d 10 mm,定值电阻 R1 R2 12 , R3 2 ,金属棒 ab 的电阻 r 2 ,其他电阻不计。磁感应强度 B 0.5 T 的匀强磁场竖直穿过导轨平面,当金属棒 ab 沿导轨向右匀速运动时,悬浮于电容器两极板之间的质量 m 110 14kg、电荷量 q 110 14 C 的微粒恰好静止不动。 g 取 10 m/s2,在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好,且速度保持恒定。试求: (1)匀强磁场的方向。

13、 (2)ab 两端的路端电压。 (3)金属棒 ab 运动的速度。 解析 (1)负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态,因为重力竖直向下,所以电场力竖直向上,故 M 板带正电 。 ab 棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势, ab 棒等效于电源,其 a 端为电源的正极,感应电流方向由 b a,由右手定则可判断,磁场方向竖直向下。 (2)微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态,根据平衡条件有 mg Eq, 又 E UMNd , 所以 UMN mgdq 0.1 V。 R3两端电压与电容器两端电压相等,由欧姆定律得通过 R3的电流为 I UMNR3 0.05 A, 则 ab 棒两端的电压为 Uab

14、UMN I R1R2R1 R2 0.4 V。 (3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势 E Blv, 由闭合电路欧姆定律得 E Uab Ir 0.5 V, 联立解得 v 1 m/s。 【 精品教育资源文库 】 答案 (1)竖直向下 (2)0.4 V (3)1 m/s 微考点 2 电磁感应中的图象问题 核 |心 |微 |讲 1图象类型 2分析方法 对图象的分析,应做到 “ 四明确三理解 ” (1)明确图象所描述的物理意义;明确各种正、负号的含义;明确斜率的含义;明确图象和电磁感应过程之间的对应关系。 (2)理解三个相似关系及其各自的物理意义 v v v t, B B B t, t 。 典 |例 |微 |探 【例 2】 (多选 )如图所示,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 F

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