2020高中物理冲A方案课件+知识清单+练习 (22)

知识点一 电磁感应中的电路问题 1．电磁感应中电路知识的关系图
2．分析电磁感应电路问题的基本思路
典例 在同一水平面的光滑平行导轨 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 Ω，R3＝2 Ω， 金属棒 ab 的电阻 r＝2 Ω，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，质量 m＝1×10－14 kg、电荷量 q＝－1×10－14 C 的微粒悬 浮于电容器两极板之间恰好静止不动．取 g＝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：
解析：t 在 0～5×10－2 s 内，ab 切割磁感线产生感应电动势， 相当于电源，由楞次定律判断知感应电流方向沿顺时针方向， 则 a 点的电势高于 b 点的电势，Uab 为正，则 ab 两端电势差 Uab ＝34E＝34×BLv＝34×0.5×0.2×2 V＝15×10－2 V；t 在 5×10－2 s～10×10－2 s 内，cd 边进入磁场Ⅱ后，cd 边和 ab 都切割磁感 线，都产生感应电动势，线框中感应电流为零，由右手定则判 断可知，a 点的电势高于 b 点的电势，Uab 为正，所以 Uab＝E＝ BLv＝0.5×0.2×2 V＝0.20 V＝20×10－2 V，t 在 10×10－2 s～
4．用相同的导线绕制的边长分别为 L 和 2L 的正方形闭合线 框，以相同的速度匀速进入右侧的匀强磁场，如图所示，在线框 进入磁场的过程中 a、b 和 c、d 两点间的电压分别为 U 甲和 U 乙， ab 边和 cd 边所受的安培力分别为 F 甲和 F 乙，则下列判断正确的 是( D )
A．U 甲＝U 乙 C．F 甲＝F 乙
2．转化实质：电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的 能与 电能 之间的转化．
(1) 在 电 磁 感 应 电 路 中 ， 产 生 电 流 的 那 部 分 导 体 相 当 于 电 源．( √ )
(2) 安 培 力 做 正 功 的 过 程 是 将 电 能 转 化 为 机 械 能 的 过 程．( √ )
3.如图所示，光滑足够长导轨倾斜放置，下端连一灯泡，匀 强磁场垂直于导轨平面，当金属棒 ab 沿导轨下滑到稳定状态时， 灯泡的电功率为 P，导轨及金属棒电阻不计，要使灯泡在棒稳定 运动状态下的电功率为 2P，则应( C )
A．将导轨间距变为原来的 2倍 B．换一电阻减半的灯泡 C．换一质量为原来 2倍的金属棒 D．将磁场磁感应强度 B 加倍
变为原来的12倍，由 P＝ER2＝B2LR2v2得知，P 变为原来的12倍，故 B 项错误；当换一根质量为原来 2倍的金属棒时，由 mgsinθ＝ B2RL2v得知，v 变为原来的 2倍，由 P＝ER2＝B2LR2v2得知，P 变 为原来的 2 倍，故 C 项正确；当把磁感应强度 B 增大为原来的 2 倍，由 mgsinθ＝B2RL2v得知，v 变为原来的14倍，由 P＝ER2＝ B2LR2v2得知，P 变为原来的14倍，故 D 项错误．
势；在内电路中，电流由 低 电势流向 高 电势．
思考： 如图所示，MON 是固定导轨，金属棒与导轨接触良好，在拉 力 F 作用下向右运动．
(1)图中电路相当于电源的部分是 金属棒． (2)闭合电路中的感应电流方向沿 逆时针 方向． (3)路端电压是闭合电路外电路的电压，等于该图中 aOb 部分电路的分压．
第十章
电磁感应
第41讲 电磁感应规律综合应用
课前自主预习01 学科素养提升03
课堂互动探究02
课后限时作业
知识点一 电磁感应中的电路问题
1．电源：切割磁感线运动的导体或 磁通量 发生变化的回路
相当于电源．
E
2．电流：电路闭合时的电流 I 可由欧姆定律求出，I＝ R＋r
，路端电压 U＝ IR ＝E－Ir. 3．电势：在外电路中，电流由 高 电势流向 低 电
Байду номын сангаас
(1)匀强磁场的方向； (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， 感应电流方向由 b→a，其 a 端为电源的正极，由右手定则可判 断，磁场方向竖直向下．
知识点二
电磁感应中的动力学问题
1．安培力的大小
2．安培力的方向 (1)用左手定则判断：先用 右手 定则判断感应电流的方向， 再用左手定则判定安培力的方向．
(2)用楞次定律判断：安培力的方向一定与导体切割磁感线的 运动方向 相反 (选填“相同”或“相反”)．
知识点三
电磁感应中的能量问题
1．能量转化：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 其他形式 的能．
2．如图甲，水平放置的平行金属导轨可分别与定值电阻 R 和平行板电容器 C 相连，导体棒 MN 置于导轨上且接触良好，取 向右为运动的正方向，导体棒沿导轨运动的位移—时间图象如图 乙所示；导体棒始终处于垂直纸面向外的匀强磁场中，不计导轨 和导体棒电阻，则 0～t2 时间内( C )
A．若 S 接 A，电容器 a 极板始终带负电 B．若 S 接 A，t1 时刻电容器两极板电压最大 C．若 S 接 B，MN 所受安培力方向先向左后向右 D．若 S 接 B，t1 时刻 MN 所受的安培力最大
(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.
【答案】 (1)竖直向下 (2)0.4 V (3)1 m/s
【突破攻略】 电磁感应中确定电源的方法 (1)判断产生电磁感应现象的那一部分导体(电源)． (2)动生问题(棒切割磁感线)产生的电动势 E＝Blv，方向由右 手定则判断． (3)感生问题(磁感应强度的变化)的电动势 E＝nΔΔBt·S，方向由 楞次定律判断．而电流方向都是等效电源内部负极流向正极的方 向．
解析：当 ab 棒下滑到稳定状态时做匀速直线运动，根据平 衡条件有：mgsinθ＝FA，又安培力 FA＝B2RL2v得，mgsinθ＝B2RL2v， 由能量守恒定律得，灯泡的功率 P＝ER2＝B2LR2v2.当把导轨间的 距离增大为原来的 2倍时，即 L 变为 2倍，由 mgsinθ＝B2RL2v得 知，v 变为原来12倍，由 P＝ER2＝B2LR2v2得知，P 变为原来的12倍， 故 A 项错误；换一电阻减半的灯泡，由 mgsinθ＝B2RL2v得知，v
解析：在 x-t 图象中，图象的斜率表示导体棒运动的速度， 由图乙可知，0～t1 时间内斜率是正值、t1～t2 时间内斜率为负值， 则说明 0～t2 时间内导体棒先向右移动后向左移动．若 S 接 A， 导体棒通过金属导轨与平行板电容器 C 连接，0～t2 时间内导体 棒先向右运动后向左运动，根据右手定则可知，感应电流的方 向先顺时针后逆时针，可知电容器 a 极板先带负电后带正电， 故 A 项错误；若 S 接 A，t1 时刻导体瞬间静止，即导体棒不切 割磁感线，故 MN 中无感应电动势产生，电容器两极板电压为 零，即最小，故 B 项错误；若 S 接 B，导体棒通过金属导轨与
B．U 甲＝2U 乙 D．F 甲＝F2乙
解析：线框进入磁场后切割磁感线，a、b 中产生的感应电 动势是 c、d 中电动势的一半，而不同的线框的电阻不同，设甲 线框电阻为 4r，乙线框的电阻为 8r，则有：U 甲＝BLv·34rr＝34BLv， U 乙＝B·2Lv·68rr＝32BLv，故 2U 甲＝U 乙，故 A、B 项错误；根据 安培力表达式 F＝BIL，E＝BLv 及 R＝ρSL，从而得出安培力综 合式为：F＝SBρ2Lv，安培力与线框边长成正比，所以有：F 甲 ＝12F 乙；故 C 项错误，D 项正确．
(3)物体克服安培力做功的过程是将其他形式的能量转化为 电能的过程．( √ )
1．如图所示有理想边界的两个匀强磁场，磁感应强度均为 B ＝0.5 T，两边界间距 s＝0.1 m，一边长 L＝0.2 m 的正方形线框 abcd 由粗细均匀的电阻丝围成，总电阻为 R＝0.4 Ω，现使线框以 v＝2 m/s 的速度从位置Ⅰ匀速运动到位置Ⅱ，则下列能正确反映 整个过程中线框 a、b 两点间的电势差 Uab 随时间 t 变化的图线是 (A )
15×10－2 s 内，ab 边穿出磁场后，只有 cd 边切割磁感线，由右 手定则知，a 点的电势高于 b 点的电势，Uab 为正．Uab＝14E＝14BLv ＝14×0.5×0.2×2 V＝5×10－2 V，故整个过程中线框 a、b 两点 的电势差 Uab 随时间 t 变化的图线如图 A 所示，故 A 项正确．
(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＝UdMN，所以 UMN＝mqgd＝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＝URM3N＝0.05 A 则 ab 棒两端的电压为 Uab＝UMN＋IRR1＋1RR2 2＝0.4 V.
2.(多选)如图所示，两根平行长直金属导轨，固定在同一水平 面内，间距为 d，其左端接有阻值为 R 的电阻，整个装置处在竖 直向上、磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一质量为 m 的导体棒 ab 垂直于导轨放置，且与两导轨接触良好，导体棒与导轨之间的 动摩擦因数为 μ，导体棒在水平向右、垂直于棒的恒力 F 作用下， 从静止开始沿导轨运动距离 l 时，速度恰好达到最大(运动过程中 导体棒始终与导轨保持垂直)，设导体棒接入电路的电阻为 r 导轨 电阻不计，重力加速度大小为 g，在这一过程中( BC )
定值电阻 R 连接，0～t2 时间内，导体棒先向右运动后向左运动， 根据右手定则可知，电流的方向先顺时针后逆时针，由左手定 则可知，MN 所受安培力方向先向左后向右，故 C 项正确；若 S 接 B，t1 时刻 MN 瞬间静止，导体棒不切割磁感线，电路中无电 流，MN 受安培力为零(即最小)，故 D 项错误．