高三物理二轮复习电磁感应的综合应用题教学案无答案
2025年高考二轮复习物理专题分层突破练11 电磁感应规律及综合应用5
专题分层突破练11电磁感应规律及综合应用选择题:每小题6分,共60分基础巩固1.(2024辽宁朝阳二模)如图所示,薄玻璃板上放有两个粗细相同的玻璃水杯,杯中装入质量相等的纯净水,其中右侧水杯内的底部平放一薄铜片,在两个水杯中都放入温度传感器用来测水的温度。
在玻璃板的下方,一装有多个磁体的塑料圆盘旋转起来,经过一段时间,可以观测到右侧水杯中水的温度明显上升,而左侧水杯中水的温度没有变化,这是()A.磁体使水杯中的水产生涡流引起的B.磁体使水杯底部的铜片产生涡流引起的C.磁体与空气摩擦生热引起的D.磁体使水杯底部的铜片磁化引起的答案B解析纯净水是绝缘体,磁体不能使水产生涡流,A错误;磁体在转动过程中,通过铜片的磁通量发生变化,在铜片中产生涡流,电流生热使水的温度升高,B正确;若磁体与空气摩擦生热,对两侧水杯中水的温度的影响应该是一样的,不能仅一侧升温明显,C错误;磁体不能使铜片磁化,且磁化也不能产生热量,D错误。
⏜是半径为R的半圆弧,b为圆弧的2.(2024湖南卷)如图所示,有一硬质导线Oabc,其中abc中点,直线段Oa长为R且垂直于直径ac。
该导线在纸面内绕O点逆时针转动,导线始终在垂直纸面向里的匀强磁场中。
则O、a、b、c各点电势关系为()A.φO>φa>φb>φcB.φO<φa<φb<φcC.φO>φa>φb=φcD.φO<φa<φb=φc答案C解析本题考查导体切割磁感线产生感应电动势。
如图所示,该导线在纸面内绕O点逆时针转动,相当于Oa、Ob、Oc导体棒转动切割磁感线,根据右手定则可知O点电势最Bωl2,又l Ob=l Oc=√5R>l Oa,所以0<U Oa<U Ob=U Oc,得φO>φa>φb=φc,故选高;根据E=Blv=12项C正确。
3.(2024四川绵阳一模)如图所示的电路中,A1、A2和A3是三个阻值恒为R且相同的小灯泡,L是自感系数相当大的线圈,其直流电阻也为R。
河北省高考物理二轮专题复习 电磁感应教案
河北2013年高考二轮专题复习教案电磁感应一、电磁感应现象1．产生感应电流的条件感应电流产生的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化。
以上表述是充分必要条件。
当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，电路中有感应电流产生。
这个表述是充分条件，但不是必要的。
在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。
2．感应电动势产生的条件感应电动势产生的条件是：穿过电路的磁通量发生变化。
无论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量变化了，就一定有感应电动势产生。
这好比一个电源：不论外电路是否闭合，电动势总是存在的。
若外电路是闭合的，电路中就会有电流。
3．磁通量和磁通量变化如果在磁感应强度为B 的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S ，则定义B 与S 的乘积为穿过这个面的磁通量，用Φ表示，即Φ=BS 。
Φ是标量，但是有方向（只分进、出该面两种方向）。
单位为韦伯，符号为W b 。
1W b =1T ∙m 2=1V ∙s=1kg ∙m 2/(A ∙s 2)。
可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。
在匀强磁场的磁感线垂直于平面的情况下，B =Φ/S ，所以磁感应强度又叫磁通密度。
当匀强磁场的磁感应强度B 与平面S 的夹角为α时，磁通量Φ=BS sin α（α是B 与S 的夹角）。
磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式，主要有：①S 、α不变，B 改变，这时ΔΦ=ΔB ∙S sin α②B 、α不变，S 改变，这时ΔΦ=ΔS ∙B sin α③B 、S 不变，α改变，这时ΔΦ=BS (sin α2-sin α1)若B 、S 、α中有两个或三个同时变化时，就只能分别计算Φ1、Φ2，再求Φ2-Φ1了。
磁通量是有方向的。
当初、末状态的磁通量方向相反时，计算磁通量变化时应将初、末状态磁通量的大小相加。
例1．如图所示，矩形线圈沿a →b →c 在条形磁铁附近移动，试判断穿过线圈的磁通量如何变化？如果线圈M 沿条形磁铁从N 极附近向右移动到S 极附近，穿过该线圈的磁通量如何变化？解：⑴在磁铁右端轴线附近由上到下移动时，穿过线圈的磁通量由方向向下减小到零，再变为方向向上增大。
高三物理最新教案-九、电磁感应中的综合问题教案 精品
九、电磁感应中的综合问题教学目标通过电磁感应综合题目的分析与解答，深化学生对电磁感应规律的理解与应用，使学生在建立力、电、磁三部分知识联系的同时，再次复习力与运动、动量与能量、电路计算、安培力做功等知识，进而提高学生的综合分析能力．教学重点、难点分析1．电磁感应的综合问题中，往往运用牛顿第二定律、动量守恒定律、功能关系、闭合电路计算等物理规律及基本方法，而这些规律及方法又都是中学物理学中的重点知识，因此进行与此相关的训练，有助于学生对这些知识的回顾和应用，建立各部分知识的联系．但是另一方面，也因其综合性强，要求学生有更强的处理问题的能力，也就成为学生学习中的难点．2．楞次定律、法拉第电磁感应定律也是能量守恒定律在电磁感应中的体现，因此，在研究电磁感应问题时，从能量的观点去认识问题，往往更能深入问题的本质，处理方法也更简捷，“物理”的思维更突出，对学生提高理解能力有较大帮助，因而应成为复习的重点．教学过程设计一、力、电、磁综合题分析〈投影片一〉[例1] 如图3-9-1所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为l，导轨平面与水平面的夹角为θ，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，磁感强度为B，在导轨的A、D端连接一个阻值为R的电阻．一根垂直于导轨放置的金属棒ab，其质量为m，从静止开始沿导轨下滑．求：ab棒下滑的最大速度．（要求画出ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金属棒的电阻都不计）教师：（让学生审题，随后请一位学生说题．）题目中表达的是什么物理现象？ab棒将经历什么运动过程？——动态分析．学生：ab棒沿导轨下滑会切割磁感线，产生感应电动势，进而在闭合电路中产生感应电流．这是电磁感应现象．ab棒在下滑过程中因所受的安培力逐渐增大而使加速度逐渐减小，因此做加速度越来越小的加速下滑．教师：（肯定学生的答案）你能否按题目要求画出ab棒在运动中的受力图？学生画图（图3-9-2）．教师指出：本题要求解的是金属棒的最大速度，就要求我们去分析金属棒怎样达到最大速度，最大速度状态下应满足什么物理条件．本质上，仍然是要回答出力学的基本问题：物体受什么力，做什么运动，力与运动建立什么关系式？在电磁现象中，除了分析重力、弹力、摩擦力之外，需考虑是否受磁场力（安培力）作用．提问：金属棒在速度达到最大值时的力学条件是什么？要点：金属棒沿斜面加速下滑，随v↑→感应电动势=Blv↑→感力F=BIl↑→合力↓→a↓．当合力为零时，a=0，v达最大vm，以后一直以vm匀速下滑．（让学生写出v达最大的平衡方程并解出vm．）板书：当v最大时，沿斜面方向的平衡方程为师：通过上述分析，你能说出何时金属棒的加速度最大？最大加速度为多少？生：金属棒做a减小的加速下滑，故最初刚开始下滑时，加速度a最大．由牛顿第二定律有：mgsinθ-μmgcosθ=mam得am=g（sinθ-μcosθ）师设问：如果要求金属棒ab两端的电压Uab最终为多大，应该运用什么知识去思考？引导：求电路两端的电压应从金属棒所在电路的组成去分析，为此应先画出等效电路模型图．（学生画图．）板书：（将学生画出的正确电路图画在黑板上，见图3-9-3）师：根据电路图可知Uab指什么电压？（路端电压）（让学生自己推出Uab表达式及Uab的最大值．）板书：Uab= -Ir=Blv-Ir由于金属棒电阻不计，则r=0，故Uab=Blv随金属棒速度v↑→↑→Uab↑，最终提醒：若金属棒的电阻不能忽略，其电阻为r，则Uab结果又怎样？（有的学生会想当然，认为将上式中的R改为（R+r）即可．）师指出：仍然应用基本方法去分析，而不能简单从事，“一改了之”．应该用本题的方法考虑一遍：用力学方法确定最大速度，用电路分析方法确定路端电压题后语：由例1可知，解答电磁感应与力、电综合题，对于运动与力的分析用力学题的分析方法，只需增加对安培力的分析；而电路的电流、电压分析与电学分析方法一样，只是需要先明确电路的组成模型，画出等效电路图．这是力、电、磁综合题的典型解题方法．分析这类题要抓住“速度变化引起磁场力变化”的相互关联关系，从分析物体的受力情况与运动情况入手是解题的关键和解题的钥匙．〈投影片二〉[例2] 如图3-9-4所示，两根竖直放置在绝缘地面上的金属导轨的上端，接有一个电容为C的电容器，框架上有一质量为m、长为l的金属棒，平行于地面放置，与框架接触良好且无摩擦，棒离地面的高度为h，磁感强度为B的匀强磁场与框架平面垂直．开始时，电容器不带电．将金属棒由静止释放，问：棒落地时的速度为多大？（整个电路电阻不计）本题要抓几个要点：①电路中有无电流？②金属棒受不受安培力作用？若有电流，受安培力作用，它们怎样计算？③为了求出金属棒的速度，需要用力学的哪种解题途径：用牛顿运动定律？动量观点？能量观点？师：本题与例1的区别是，在分析金属棒受什么力时首先思维受阻：除了重力外，还受安培力吗？即电路中有电流吗？有的学生认为，虽然金属棒由于“切割”而产生感应电动势；但电容器使电路不闭合故而为了判断有无电流，本题应先进行电路的组成分析，画出等效电路图．（学生画图，见图3-9-5．）问：电路中有电流吗？（这一问题对大多数学生来说，根据画的电路图都能意识到有电容器充电电流，方向为逆时针．）再问：这一充电电流强度I应怎样计算？（运用什么物理概念或规律？）计”这一条件，因而思维又发生障碍．追问：这个电路是纯电阻电路吗？能否应用欧姆定律求电流强度？——让学生认清用欧姆定律根本就是“张冠李戴”的．引导：既然是给电容器充电形成电流，那么电流强度与给电容器极板上充上的电量Q 有什么关系？师：让学生判断，分析确定金属棒受的合外力怎样变化时，要考虑安培力的变化情况，所需确定的是瞬时电流，还是平均电流？（瞬时电学生思维被引导到应考虑很短一段时间△t内电容极板上增加的电师：电容器极板上增加的电量与极板间的电压有何关系？因为Q=CUc，所以△Q=C△Uc师：而电容两极板间的电压又根据电路怎样确定？生：因电路无电阻，故电源路端电压U= =Blv，而U=Uc，所以△Uc=BL△v．指出：本题中电流强度的确定是关键，是本题的难点，突破了这一难点，以后的问题即可迎刃而解．问题：下面面临的问题是金属棒在重力、安培力共同作用下运动了位移为h时的速度怎样求．用动量观点、能量观点，还是用牛顿第二定律？（学生经过分析已知条件，并进行比较，都会选择用牛顿第二定律．）指点：用牛顿第二定律求解加速度a，以便能进一步弄清金属棒的运动性质．板书：mg-B·I·l=ma②师：由同学们推出的结果，可知金属棒做什么性质的运动？生：从③式知a=恒量，所以金属棒做匀加速运动．师：让学生写出落地瞬时速度表达式．师：进一步分析金属棒下落中的能量转化，金属棒下落，重力势能减少，转化为什么能力？机械能守恒吗？学生：克服安培力做功，使金属棒的机械能减少，轻化为电能，储存在电容器里，故金属棒的机械能不守恒．金属棒下落中减少的重力势能一部分转化的电能，还有一部分转化为动能．师：对．只要电容器不被击穿，这种充电、储能过程就持续进行，小结：以上两例都是力、电、磁综合问题．例1是从分析物体受什么力、做什么运动的力学分析为突破口，进而确定最大速度的．例2则以分析电路中的电流、电压等电路状态为突破口，特别是它不符合欧姆定律这一点应引起重视．两题的突破点虽不同，但都离不开力学、电学、电磁感应、安培力等基本概念、基本规律、基本方法的运用．同学们平时在自己独立做题中，仍应在“知（基本知识）、法（基本方法）、路（基本思路）、审（认真审题）”四个字上下功夫，努力提高自己的分析能力、推理能力．衔接：力电综合题中除了上述的一个物体运动之外，还有所谓的“两体”问题．见例3．〈投影片三〉[例3] 如图3-9-6所示，质量为m1的金属棒P在离地h高处从静止开始沿弧形金属平行导轨MM′、NN′下滑．水平轨道所在的空间有竖直向上的匀强磁场，磁感强度为B．水平导轨上原来放有质量为m2 的金属杆Q．已知两杆质量之比为3∶4，导轨足够长，不计摩擦，m1为已知．求：（1）两金属杆的最大速度分别为多少？（2）在两杆运动过程中释放出的最大电能是多少？师：第（1）问的思维方法与例1一样，先确定两杆分别受什么力，做什么运动，进而可知何时速度最大，最大速度怎样求．（让学生审题后互相讨论思考一会儿，然后叫一位学生代表表述分析的结果．）这一阶段Q棒仍静止．当P棒滑入水平轨道上并以v1开始切割磁感线后，产生，闭合电路中产生感应电流I，方向为逆时针．由左手定则知，P棒受到安培力向左，使P棒减速．而Q棒受安培力向右，使Q棒加速．当两棒速度相等时，感应电流为零，安培力F 安=BIl=0，加速度a=0，两棒以后以共同的速度匀速运动．此时的速度v2即为棒的最大速度，而v1则为P棒的最大速度．学生一边分析，教师一边在黑板上画示意图．见图3-9-7．师：分析得很好．进一步确定一下v2。
高考物理二轮复习专题电磁感应定律及综合应用教学案
专题09 电磁感应定律及综合应用电磁感应是电磁学中最为重要的内容，也是高考命题频率最高的内容之一。
题型多为选择题、计算题。
主要考查电磁感应、楞次定律、法拉第电磁感应定律、自感等知识。
本部分知识多结合电学、力学部分出压轴题，其命题形式主要是电磁感应与电路规律的综合应用、电磁感应与力学规律的综合应用、电磁感应与能量守恒的综合应用。
复习中要熟练掌握感应电流的产生条件、感应电流方向的判断、感应电动势的计算，还要掌握本部分内容与力学、能量的综合问题的分析求解方法。
预测2020年的高考基础试题重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题．综合试题还是涉及到力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识．主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等．此除日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛的应用问题也要引起重视。
一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比．在具体问题的分析中，针对不同形式的电磁感应过程，法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式．磁通量变化的形式表达式备注通过n匝线圈内的磁通量发生变化E＝n·ΔtΔΦ(1)当S不变时，E＝nS·ΔtΔB(2)当B不变时，E＝nB·ΔtΔS导体垂直切割磁感线运动E＝BLv 当v∥B时，E＝0 导体绕过一端且垂直于磁场方向的转轴匀速转动E＝21BL2ω线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动E＝nBSω·sinωt当线圈平行于磁感线时，E最大为E＝nBSω，当线圈平行于中性面时，E＝0二、楞次定律与左手定则、右手定则1．左手定则与右手定则的区别：判断感应电流用右手定则，判断受力用左手定则．2．应用楞次定律的关键是区分两个磁场：引起感应电流的磁场和感应电流产生的磁场．感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化，“阻碍”的结果是延缓了磁通量的变化，同时伴随着能量的转化．3．楞次定律中“阻碍”的表现形式：阻碍磁通量的变化(增反减同)，阻碍相对运动(来拒去留)，阻碍线圈面积变化(增缩减扩)，阻碍本身电流的变化(自感现象)．三、电磁感应与电路的综合电磁感应与电路的综合是高考的一个热点内容，两者的核心内容与联系主线如图4－12－1所示：1．产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路，产生电动势的那一部分电路相当于电源，产生的感应电动势就是电源的电动势，在“电源”内部电流的流向是从“电源”的负极流向正极，该部分电路两端的电压即路端电压，U ＝R ＋r R E.2．在电磁感应现象中，电路产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和．若为纯电阻电路，则产生的电能将全部转化为内能；若为非纯电阻电路，则产生的电能除了一部分转化为内能，还有一部分能量转化为其他能，但整个过程能量守恒．能量转化与守恒往往是电磁感应与电路问题的命题主线，抓住这条主线也就是抓住了解题的关键．在闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中，机械能转化为电能，导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能．说明：求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时，要区别平均电动势和瞬时电动势，切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连线在运动方向上的投影．考点一 对楞次定律和电磁感应图像问题的考查例1、【2020·新课标Ⅲ卷】如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U 形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。
高三物理第二轮专题复习 专题三电磁感应与电路教案 人教版
2009二轮复习专题三 电磁感应与电路[典例分析]1．电磁感应的图象问题例1、如图4—1（a ）所示区域（图中直角坐标系x O y 的1、3象限）内有匀强磁场，磁感应强度方向垂直于图面向里，大小为B ，半径为l ，圆心角为60°的扇形导线框OPQ 以角速度ω绕O 点在图面内沿逆时针方向匀速转动，导线框回路电阻为R ．（1）求线框中感应电流的最大值I 0和交变感应电流的频率f ．（2）在图（b ）中画出线框转一周的时间内感应电流I 随时间t 变化的图象．（规定在图（a ）中线框的位置相应的时刻为t =0）2、电路的动态分析例2、如图4—3所示的电路中，电源的电动势为E ，内阻为r ．当可变电阻的滑片P 向b 移动时，电压表V 1的读数U 1与电压表V 2的读数U 2的变化情况是（ ）A ．U 1变大，U 2变小B ．U 1变大，U 2变大C ．U 1变小，U 2变小D ．U 1变小，U 2变大 3、电磁感应与力学综合例3、如图4—4所示，两根相距为d 的足够长的平行金属导轨位于水平x O y 平面内，左端接有阻值为R 的电阻，其他部分的电阻均不计．在x >0的一侧存在垂直x O y 平面且方向竖直向下的稳定磁场，磁感强度大小按B =kx 规律变化（其中k 是一大于零的常数）．一根质量为m 的金属杆垂直跨搁在光滑的金属导轨上，两者接触良好．当t =0时直杆位于x =0处，其速度大小为v 0，方向沿x 轴正方向，在此后的过程中，始终有一个方向向左的变力F 作用于金属杆，使金属杆的加速度大小恒为a ，加速度方向一直沿x 轴的负方向．求：（1）闭合回路中感应电流持续的时间有多长？ （2）当金属杆沿x 轴正方向运动的速度为2v 时，闭合回路的感应电动势多大？此时作用于金属杆的外力F 多大？4、电磁感应与动量、能量的综合例4、如图4—6所示，在空间中有一水平方向的匀强磁场区域，区域的上下边缘间距为h ，磁感应强度为B ．有一宽度为b （b <h ）、长度为L 、电阻为R 、质量为m 的矩形导体线圈紧贴磁场区域的上边缘从静止起竖直下落，当线圈的PQ 边到达磁场下边缘时，恰好开始做匀速运动．求：（a ） （b ） 图4—12πω图4—3图4—4（1）线圈的MN 边刚好进入磁场时，线圈的速度大小． （2）线圈从开始下落到刚好完全进入磁场所经历的时间．例5、两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平内，两导轨间的距离为l ，导轨上面横放着两根导体棒ab 和cd 构成矩形回路，如图4—7所示．两根导体棒的质量皆为m ，电阻皆为R ，磁感应强度为B ，设两导体棒均为沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd 静止，棒ab 有指向棒cd 的初速度（如图所示），若两导体棒在运动中始终不接触，求：（1）在运动中产生的焦耳热最多是多少？ （2）当ab 棒的速度变为初速度的34时，cd 棒的加速度是多少？5、电磁感应与电路综合例6、如图4—8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2L．磁场的磁感强度为B ，方向垂直纸面向里．现有一段长度为2L ，电阻为2R的均匀导体棒MN 架在导线框上，开始时紧靠ac ，然后沿bc 方向以恒定速度v 向b 端滑动，滑动中始终与ac 平行并与导线框保持良好接触，当MN 滑过的距离为3L时，导线ac 中的电流为多大？方向如何？6、交变电流的三值例7、边长为a 的N 匝正方形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，以角速度 绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，线圈的电阻为R ．求：（1）线圈从中性面开始转过90°角的过程中产生的热量．（2）线圈从中性面开始转过90°角的过程中，通过导线截面的电量．图4—6图4—8图4—77、电容、电路、电场、磁场综合例8、如图4—11所示，光滑的平行导轨P 、Q 相距l =1m ，处在同一水平面中，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C 两极板间距离d =10mm ，定值电阻R 1=R 3=8Ω，R 2=2Ω，导轨电阻不计，磁感应强度B =0.4T 的匀强磁场竖直向下穿过导轨平面，当金属棒ab 沿导轨向右匀速运动（开关S 断开）时，电容器两极板之间质量m =1×10－14kg ，带电荷量q =－1×10－25C 的粒子恰好静止不动；当S 闭合时，粒子以加速度a =7m/s 2向下做匀加速运动，取g =10m/s 2，求：（1）金属棒ab 运动的速度多大？电阻多大？（2）S 闭合后，使金属棒ab 做匀速运动的外力的功率多大？8、电磁感应与交流电路、变压器综合例9、有条河流，流量Q =2m 3/s ，落差h =5m ，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240V ，输电线总电阻R=30Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需求，则该输电线路所使用的理想电压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V 、100W ”的电灯正常发光．专题四 《电磁感应与电路》跟踪练习与高考预测1．矩形导线框abcd 放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感强度B 随时间变化的图象如图4—13所示．t =0时刻，磁感强度的方向垂直于纸面向里．在0～4s 时间内，线框的ab 边受力随时间变化的图象（力的方向规定以向左为正方向），可能如图4—14中的（ ）A ．B ．C ．D ．2．如图4—14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 =da =l ．现将线框以与ab 垂直的速度v 匀速穿过一宽为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×× ×× × × × × × × × ×R 3R 2qSmR 1vaPQ图4—11图4—13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abcda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U ab随时间t变化的图象．图4—143．如图4—15所示，T为理想变压器，A1、A2为交流电流表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，原线圈两端接恒压交流电源，当滑变阻器的滑动触头向下滑动时（）A．A1的读数变大，A2读数变大B．A1的读数变大，A2读数变小C．A1的读数变小，A2读数变大D．A1的读数变小，A2的读数变小4．如图4—16所示：半径为r、电阻不计的两个半圆形光滑导轨并列竖直放置，在轨道左上方端点M、N间接有阻值为R的小电珠，整个轨道处在磁感强度为B的匀强磁场中，两导轨间距为L，现有一质量为m，电阻为R的金属棒ab从M、N处自由静止释放，经一定时间到达导轨最低点O、O′，此时速度为v．（1）指出金属棒ab从M、N到O、O′的过程中，通过小电珠的电流方向和金属棒ab的速度大小变化情况．（2）求金属棒ab到达O、O′时，整个电路的瞬时电功率．（3）求金属棒ab从M、N到O、O′的过程中，小电珠上产生的热量．5．（2004年全国）如图4—18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．导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的，距离l1；c1d1段与c2d2段也是竖图4—16～R1A1R2 R3A2T图4—15a bc ditO图甲图乙U abtO图丙l直的，距离为l 2．x 1y 1与x 2y 2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m 1和m 2，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x 1y 1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，求此时作用两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率．6．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图4—19所示，抛物线的方程是y =x 2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y =a 的直线（图中虚线所示），一个小金属环从抛物线上y =b （y >a ）处以速度v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是（ ） A ．mgb B ．212mvC ．mg (b －a )D ．21()2mg b a mv -+7．如图4—20所示，长为L 、电阻r =0.3Ω、质量m =0.1kg 的金属棒CD 垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是L ，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R =0.5Ω的电阻，量程为0～3.0A 的电流表串接在一条导轨上，量程为0～1.0V 的电压表接在电阻R 的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面．现以向右恒定外力F 使金属棒右移，当金属棒以v =2m/s 的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一个电表未满偏，问： （1）此满偏的电表是什么表？说明理由． （2）拉动金属棒的外力F 多大？（3）此时撤去外力F ，金属棒将逐渐慢下来，最终停止在导轨上．求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中通过电阻R 的电量．8．高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图所示．将半径为10cm 的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B 的变化率为10002sin t πωT/s ．焊接处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的 99倍．工作非焊接部分每单位长度上的电阻为31010m R π--=Ω，焊接的缝宽非常小，求焊接过程中焊接处产生的热功率．（取2π=10，不计温度变化对电阻的影响）图4—19图4—219．如图4—25所示，两块水平放置的平行金属板间距为d ，定值电阻的阻值为R ，竖直放置线圈的匝数为n ，绕制线圈导线的电阻为R ，其他导线的电阻忽略不计．现在竖直向上的磁场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2mgdnqB ．均匀增大，磁通量变化率的大小为mgdnq C ．均匀减小，磁通量变化率的大小为2mgdnqD ．均匀减小，磁通量变化率的大小为mgdnq10．如图4—26所示，水平面中的光滑平行导轨P 1、P 2相距l =50cm ，电池电动势E ′=6V ，电阻不计；电容C =2 F ，定值电阻R =9Ω；直导线ab 的质量m =50g ，横放在平行导轨上，其中导轨间的电阻R ′=3Ω；竖直向下穿过导轨面的匀强磁场的磁感应强度B =1.0T ；导轨足够长，电阻不计．（1）闭合开关S ，直导线ab 由静止开始运动的瞬时加速度多大？ab 运动能达到的最大速度多大？ （2）直导线ab 由静止开始运动到速度最大的过程中，电容器的带电荷量变化了多少？11．如图4—27所示的四个图中，a 、b 为输入端，接交流电源、cd 为输出端，下列说法中错误．．的是（ ） A B C DA ．A 图中U ab <U cdB ．B 图中U ab >U cdC ．C 图中U ab <U cdD ．D 图中U ab >U cd12．某电站输送的电功率是500kW ，当采用6kV 电压输电时，安装在输电线路起点的电度表和终点的电度表一昼夜读数相差4800kWh （即4800度），试求：（1）输电线的电阻；（2）若要使输电线上损失的功图4—25～a bd～abdc ～a bd～abdcE ′P 1P 2图4—26率降到输送功率的2.304%，应采用多高的电压向外输电？。
高三物理电磁感应的综合应用(带答案)
电磁感应的综合应用高三物理教学案考点一 电磁感应中的电学问题1．题型特点：磁通量发生变化的闭合电路或切割磁感线导体将产生感应电动势，回路中便有感应电流．从而涉及电路的分析及电流、电压、电功等电学物理量的计算．2．解题方法(1)确定电源．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，该导体或回路就相当于电源，利用E ＝Bl v sin θ或E ＝n ΔΦΔt求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向．如果在一个电路中切割磁感线的有几个部分但又相互联系，可等效成电源的串、并联．(2)分析电路结构(内、外电路及外电路的串并联关系)，画出等效电路图．(3)利用电路规律求解．主要应用欧姆定律及串并联电路的基本性质等列方程求解． 【典例1】 如图所示，匀强磁场B ＝0.1 T ，金属棒AB 长0.4 m ，与框架宽度相同，电阻为13Ω，框架电阻不计，电阻R 1＝2 Ω，R 2＝1 Ω，当金属棒以5 m/s 的速度匀速向左运动时，求：(1)流过金属棒的感应电流多大？(2)若图中电容器C 为0.3 μF ，则充电量多少？ 解析 (1)由E ＝BL v 得 E ＝0.1×0.4×5 V ＝0.2 VR ＝R 1·R 2R 1＋R 2＝2×12＋1 Ω＝23 ΩI ＝E R ＋r ＝0.223＋13A ＝0.2 A (2)路端电压U ＝IR ＝0.2×23 V ＝0.43 VQ ＝CU 2＝CU ＝0.3×10－6×0.43 C ＝4×10－8 C答案 (1)0.2 A (2)4×10－8C【变式1】 如图所示，PN 与QM 两平行金属导轨相距1 m ，电阻不计，两端分别接有电阻R 1和R 2，且R 1＝6 Ω，ab 导体的电阻为2 Ω，在导轨上可无摩擦地滑动，垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T ．现ab 以恒定速度v ＝3 m/s 匀速向右移动，这时ab 杆上消耗的电功率与R 1、R 2消耗的电功率之和相等，求：(1)R 2的阻值．(2)R 1与R 2消耗的电功率分别为多少？ (3)拉ab 杆的水平向右的外力F 为多大？ 解析 (1)内外功率相等，则内外电阻相等， 6×R 26＋R 2＝2，解得R 2＝3 Ω. (2)E ＝BL v ＝1×1×3 V ＝3 V ，总电流I ＝E R 总＝34A ＝0.75 A ，路端电压U ＝IR 外＝0.75×2 V ＝1.5 V ，P 1＝U 2R 1＝1.526 W ＝0.375 W ，P 2＝U 2R 2＝1.523W ＝0.75 W.(3)F ＝BIL ＝1×0.75×1 N ＝0.75 N.答案 (1)3 Ω (2)0.375 W ；0.75 W (3)0.75 N 考点二 电磁感应中的力学问题1．题型特点：电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，因此，电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，解决这类问题，不仅要应用电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则、安培力的计算公式等，还要应用力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等．要将电磁学和力学的知识综合起来应用．2．解题方法(1)选择研究对象，即哪一根导体棒或几根导体棒组成的系统；(2)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向； (3)求回路中的电流大小； (4)分析其受力情况；(5)分析研究对象所受各力的做功情况和合外力做功情况，选定所要应用的物理规律； (6)运用物理规律列方程求解．电磁感应力学问题中，要抓好受力情况、运动情况的动态分析：导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化，周而复始地循环，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定状态．附：安培力的方向判断3．电磁感应问题中两大研究对象及其相互制约关系【典例2】 一个质量m ＝0.1 kg 的正方形金属框总电阻R ＝0.5 Ω，金属框放在表面绝缘的斜面AA ′B ′B 的顶端(金属框上边与AA ′重合)，自静止开始沿斜面下滑，下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB ′平行、宽度为d 的匀强磁场后滑至斜面底端(金属框下边与BB ′重合)，设金属框在下滑过程中的速度为v ，与此对应的位移为x ，那么v 2－x 图象如图所示，已知匀强磁场方向垂直斜面向上，金属框与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5，取g ＝10 m/s 2，sin 53°＝0.8；cos 53°＝0.6.(1)根据v 2－x 图象所提供的信息，计算出金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间T ； (2)求出斜面AA ′B ′B 的倾斜角θ； (3)求匀强磁场的磁感应强度B 的大小；解析 (1)由v 2－x 图象可知：x 1＝0.9 m v 1＝3 m/s 做匀加速运动 x 2＝1.0 m v 1＝3 m/s 做匀速运动x 3＝1.6 m ，末速度v 2＝5 m/s ，做匀加速运动 设线框在以上三段的运动时间分别为t 1、t 2、t 3.则x 1＝12v 1t 1 所以t 1＝0.6 s x 2＝v 1t 2 所以t 2＝13 sx 3＝12(v 1＋v 2)t 3 t 3＝0.4 s T ＝t 1＋t 2＋t 3＝43 s.(2)线框加速下滑时，由牛顿第二定律得 mg sin θ－μmg cos θ＝ma 由a ＝5.0 m/s 2得θ＝53°.(3)线框通过磁场时，线框做匀速运动，线框受力平衡 B 2L 2v 1R＋μmg cos θ＝mg sin θ 线框的宽度L ＝d ＝0.5x 2＝0.5 m得B ＝33 T.答案 (1)43s (2)53° (3)33T【变式2】 如图9－3－2甲所示，不计电阻的平行金属导轨竖直放置，导轨间距为L ＝1 m ，上端接有电阻R ＝3 Ω，虚线OO ′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场．现将质量m ＝0.1 kg 、电阻r ＝1 Ω的金属杆ab ，从OO ′上方某处垂直导轨由静止释放，杆下落过程中始终与导轨保持良好接触，杆下落过程中的v －t 图象如图乙所示(取g ＝10 m/s 2)．求：(1)磁感应强度B 的大小．(2)杆在磁场中下落0.1 s 的过程中电阻R 产生的热量．解析 (1)由图象知，杆自由下落0.1 s 进入磁场以v ＝1.0 m/s 做匀速运动 产生的电动势E ＝BL v杆中的电流I ＝ER ＋r杆所受安培力F 安＝BIL 由平衡条件得mg ＝F 安 代入数据得B ＝2 T.(2)电阻R 产生的热量Q ＝I 2Rt ＝0.075 J. 答案 (1)2 T (2)0.075 J考点三 电磁感应中的图象问题1．题型特点：一般可把图象问题分为三类(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象；(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量； (3)根据图象定量计算．2．电磁感应的图象：主要包括B －t 图象、Φ－t 图象、E －t 图象和I －t 图象，还可能涉及感应电动势E 和感应电流I 随线圈位移x 变化的图象，即E －x 图象和I －x 图象．【典例3】 如图所示，边长为L 、总电阻为R 的正方形线框abcd 放置在光滑水平桌面上，其bc 边紧靠磁感应强度为B 、宽度为2L 、方向竖直向下的有界匀强磁场的边缘．现使线框以初速度v 0匀加速通过磁场，下列图线中能定性反映线框从进入到完全离开磁场的过程中，线框中的感应电流的变化的是( )．解析 线框以初速度v 0匀加速通过磁场，由E ＝BL v ，i ＝ER知线框进出磁场时产生的电流应该是均匀变化的，由楞次定律可判断出感应电流的方向，对照选项中各图可知应选A.答案 A3．电磁感应图象问题的解决方法(1)明确图象的种类，即是B -t 图象还是Φ-t 图象，或者E -t 图象、I -t 图象等．(2)分析电磁感应的具体过程．(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系．(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式． (5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等． (6)判断图象(或画图象或应用图象解决问题)． 【变式3】 (2012·江西十校二模)矩形导线框abcd 放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感应强度B 随时间变化的图象如图所示，t ＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里．若规定导线框中感应电流逆时针方向为正，则在0～4 s 时间内，线框中的感应电流I 以及线框的ab 边所受安培力F 随时间变化的图象为下图中的(安培力取向上为正方向)( )．解析 由E ＝n ΔΦΔt ＝n S ΔBΔt，推知电流恒定，A 错；因为规定了导线框中感应电流逆时针方向为正，感应电流在0～2 s 内为顺时针方向，所以B 错；由F ＝BIL 得：F 与B 成正比，C 正确、D 错．答案 C考点四 电磁感应中的能量问题1．题型特点：电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程，而能量的转化是通过安培力做功的形式实现的，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程，外力克服安培力做功，则是其他形式的能转化为电能的过程．2．能量转化及焦耳热的求法 (1)能量转化(2)求解焦耳热Q 的几种方法【典例4】 如图所示，水平虚线L 1、L 2之间是匀强磁场，磁场方向水平向里，磁场高度为h .竖直平面内有一等腰梯形线框，底边水平，其上下边长之比为5∶1，高为2h .现使线框AB 边在磁场边界L 1的上方h 高处由静止自由下落，当AB 边刚进入磁场时加速度恰好为0，在AB 边刚出磁场的一段时间内，线框做匀速运动．求：(1)DC 边刚进入磁场时，线框加速度的大小； (2)从线框开始下落到DC 边刚进入磁场的过程中，线框的机械能损失和重力做功之比． 解析 (1)设AB 边刚进入磁场时速度大小为v 0，线框质量为m ，电阻为R ，AB ＝l ，CD ＝5l ，则mgh ＝12m v 02，AB 刚进入磁场时有，B 2l 2v 0R＝mg .AB 边刚出磁场的一段时间内，线框切割磁感线的有效长度为2l ，设线框匀速运动时速度大小为v 1，由法拉第电磁感应定律得E 感＝B ·2l v 1，线框匀速运动时有B 2(2l )2v 1R ＝mg .解得v 1＝v 04.DC 边刚进入磁场瞬间，线框切割磁感线的有效长度为3l ，产生的感应电动势E 感′＝B (3l )v 1.由牛顿第二定律得B 2(3l )2v 1R－mg ＝ma ，解得DC 边刚进入磁场时线框的加速度的大小为a ＝5g4.(2)从线框开始下落到DC 边进入磁场前瞬间，重力做功W G ＝mg ·3h . 根据能量守恒定律得线框机械能损失ΔE ＝mg ·3h －12m v 12.联立解得ΔE ＝4716mgh .所以，线框的机械能损失ΔE 和重力做功W G 之比为ΔE ∶W G ＝47∶48.答案 (1)5g4(2)47∶483．解决这类问题的基本方法(1)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． (2)画出等效电路，求出回路中电阻消耗的电功率表达式． (3)分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程．【变式4】 如图所示，在倾角为θ＝37°的斜面内，放置MN 和PQ 两根不等间距的光滑金属导轨，该装置放置在垂直斜面向下的匀强磁场中．导轨M 、P 端间接入阻值R 1＝30 Ω的电阻和理想电流表，N 、Q 端间接阻值为R 2＝6 Ω的电阻．质量为m ＝0.6 kg 、长为L ＝1.5 m 的金属棒放在导轨上以v 0＝5 m/s 的初速度从ab 处向右上滑到a ′b ′处的时间为t ＝0.5 s ，滑过的距离l ＝0.5 m ．ab 处导轨间距L ab ＝0.8 m ，a ′b ′处导轨间距L a ′b ′＝1 m ．若金属棒滑动时电流表的读数始终保持不变，不计金属棒和导轨的电阻．sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g 取10 m/s 2，求：(1)此过程中电阻R 1上产生的热量； (2)此过程中电流表上的读数； (3)匀强磁场的磁感应强度．解析 (1)因电流表的读数始终保持不变，即感应电动势不变，故BL ab ·v 0＝BL a ′b ′·v a ′b ′，代入数据可得v a ′b ′＝4 m/s根据能量转化和守恒定律得：Q 总＝12m (v 02－v a ′b ′2)－mgl sin 37°＝Q R 1＋Q R 2由Q ＝U 2R t 得：Q R 1Q R 2＝R 2R 1代入数据可求得：Q R 1＝0.15 J (2)由焦耳定律Q R 1＝I 12R 1t 可知：电流表读数I 1＝Q R 1R 1t0.1 A(3)不计金属棒和导轨上的电阻，则R 1两端的电压始终等于金属棒与两轨接触间的电动势，由E ＝I 1R 1，E ＝BL a ′b ′v a ′b ′可得：B ＝I 1R 1L a ′b ′·v a ′b ′＝0.75 T答案 (1)0.15 J (2)0.1 A (3)0.75 T高考真题展示一、电磁感应中的图象问题1．(2010·广东理综，16)如图所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域，细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动到M′N′的过程中，棒上感应电动势E随时间t变化的图象，可能正确的是()．解析在金属棒PQ进入磁场区域之前或出磁场后，棒上均不会产生感应电动势，D 项错误．在磁场中运动时，感应电动势E＝Bl v，与时间无关，保持不变，故A选项正确．答案 A2．(2011·海南卷，6)如图所示，EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界，其中EO∥E′O′，FO∥F′O′，且EO⊥OF；OO′为∠EOF的角平分线，OO′间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里．一边长为l的正方形导线框沿O′O方向匀速通过磁场，t ＝0时刻恰好位于图示位置．规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i 与时间t的关系图线可能正确的是()．解析当线框左边进入磁场时，线框上的电流方向为逆时针，直至线框右边完全进入磁场；当右边一半进入磁场，左边一半开始出磁场，此后线圈中的电流方向为顺时针．当线框左边进入磁场时，切割磁感线的有效长度均匀增加，故感应电动势、感应电流均匀增加，当左边完全进入磁场，右边还没有进入时，感应电动势、感应电流达最大，且直到右边将要进入磁场这一段时间内均不变，当右边进入磁场时，左边开始出磁场，这时切割磁感线的有效长度均匀减小，感应电动势、感应电流均减小，且左、右两边在磁场中长度相等时为零，之后再反向均匀增加至左边完全出来，到右边到达左边界时电流最大且不变，直到再次减小，故B正确．答案 B3．(2011·山东卷，22改编)如图所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计．两质量、长度均相同的导体棒c、d，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处．磁场宽为3h，方向与导轨平面垂直．先由静止释放c，c刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放d ，两导体棒与导轨始终保持良好接触．用a c 表示c 的加速度，E kd 表示d 的动能，x c 、x d 分别表示c 、d 相对释放点的位移，图中正确的是( )．A ．①②B ．③④C ．①③D ．②④解析 c 棒下落h 过程为自由落体运动，a ＝g .设进入磁场瞬间速度大小为v ，则由匀速运动有F 安＝mg ＝BIL ＝B 2L 2vR，a ＝0.此时释放d 棒，在d 棒自由下落h 的过程中，c 棒在磁场中下落2h ，此过程c 一直做匀速运动，a ＝0.当d 棒进入磁场后，c 、d 两棒运动速度相同，穿过闭合回路磁通量不变，无感应电流，无安培力，二者都做匀加速直线运动．共同下落h 后，此时c 棒离开磁场，d 棒进入磁场h 的距离，此时c 、d 的速度都是v ′(v ′>v )，d 此时切割磁感线，产生感应电动势E ′＝BL v ′，F 安′＝BI ′L ＝B BL v ′RL >F 安＝mg ，d棒做减速运动，d 棒离开磁场后c 、d 两棒均以加速度a ＝g 做匀加速运动，故选项②④正确．答案 D二、电磁感应中的力、电综合问题 4. (2011·天津卷，11)如图所示，两根足够长的光滑平行金属导轨MN 、PQ 间距为L ＝0.5 m ，其电阻不计，两导轨及其构成的平面均与水平面成30°角．完全相同的两金属棒ab 、cd 分别垂直导轨放置，每棒两端都与导轨始终有良好接触，已知两棒质量均为m ＝0.02 kg ，电阻均为R ＝0.1 Ω，整个装置处在垂直于导轨平面向上的匀强磁场中，磁感应强度B ＝0.2 T ，棒ab 在平行于导轨向上的力F 作用下，沿导轨向上匀速运动，而棒cd 恰好能够保持静止．取g ＝10 m/s 2，问：(1)通过棒cd 的电流I 是多少，方向如何？(2)棒ab 受到的力F 多大？(3)棒cd 每产生Q ＝0.1 J 的热量，力F 做的功W 是多少？ 解析(1)对cd 棒受力分析如图所示 由平衡条件得mg sin θ＝BIL得I ＝mg sin θBL ＝0.02×10×sin 30°0.2×0.5A ＝1 A.根据楞次定律可判定通过棒cd 的电流方向为由d 到c .(2)棒ab 与cd 所受的安培力大小相等，对ab 棒，受力分析如图所示，由共点力平衡条件知F ＝mg sin θ＋BIL代入数据解得F ＝0.2 N.(3)设在时间t 内棒cd 产生Q ＝0.1 J 的热量， 由焦耳定律知Q ＝I 2Rt设ab 棒匀速运动的速度是v ，其产生的感应电动势E ＝BL v由闭合电路欧姆定律知I ＝E2R时间t 内棒ab 运动的位移s ＝v t 力F 所做的功W ＝Fs综合上述各式，代入数据解得W ＝0.4 J.答案 (1)1 A 方向由d 到c (2)0.2 N (3)0.4 J 5．(2011·浙江卷，23)如图甲所示，在水平面上固定有长为L ＝2 m 、宽为d ＝1 m 的金属“U”型导轨，在“U”型导轨右侧l ＝0.5 m 范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图9－3－13乙所示，在t ＝0时刻，质量为m ＝0.1 kg 的导体棒以v 0＝1 m/s 的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ＝0.1 Ω/m ，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g ＝10 m/s 2)．(1)通过计算分析4 s 内导体棒的运动情况； (2)计算4 s 内回路中电流的大小，并判断电流方向；(3)计算4 s 内回路产生的焦耳热．解析 (1)导体棒先在无磁场区域做匀减速直线运动，有－μmg ＝ma ，v 1＝v 0＋at ，x ＝v 0t ＋122代入数据解得：t ＝1 s ，x ＝0.5 m ，导体棒没有进入磁场区域．导体棒在1 s 末已停止运动，以后一直保持静止，离左端位置仍为x ＝0.5 m. (2)前2 s 磁通量不变，回路电动势和电流分别为 E ＝0，I ＝0后2 s 回路产生的电动势为E ＝ΔΦΔt ＝ld ΔBΔt＝0.1 V回路的总长度为5 m ，因此回路的总电阻为R ＝5λ＝0.5 Ω电流为I ＝ER＝0.2 A根据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向．(3)前2 s 电流为零，后2 s 有恒定电流，焦耳热为Q ＝I 2Rt ＝0.04 J. 答案 (1)导体在1 s 末停止运动，没进入磁场． (2)0.2 A 顺时针方向 (3)0.04 J 6.(2011·大纲全国卷，24)如图所示，两根足够长的金属导轨ab 、cd 竖直放置，导轨间距离为L ，电阻不计．在导轨上端并接两个额定功率均为P 、电阻均为R 的小灯泡．整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直．现将一质量为m 、电阻可以忽略的金属棒MN 从图示位置由静止开始释放，金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好．已知某时刻后两灯泡保持正常发光．重力加速度为g .求：(1)磁感应强度的大小；(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率． 解析 (1)设小灯泡的额定电流为I 0，有P ＝I 02R ①由题意知，在金属棒沿导轨竖直下落的某时刻后，两小灯泡保持正常发光，流经MN 的电流为I ＝2I 0②此时金属棒MN 所受的重力和安培力大小相等，下落的速度达到最大值，有 mg ＝BLI ③联立①②③式得B ＝mg 2L R P④(2)法一 设灯泡正常发光时，导体棒的速度为v ，由电磁感应定律与欧姆定律得E ＝BL v ⑤E ＝RI 0⑥联立①②④⑤⑥式得v ＝2P mg⑦法二 由功能关系知，导体棒匀速下落灯泡正常发光时，导体棒下落所受重力的功率与两灯泡消耗的功率相等，即mg v ＝2P ，解得：v ＝2Pmg.答案 (1)mg 2L R P (2)2Pmg课 后 作 业1．如图所示，光滑平行金属导轨PP ′和QQ ′，都处于同一水平面内，P 和Q 之间连接一电阻R ，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中．现垂直于导轨放置一根导体棒MN ，用一水平向右的力F 拉动导体棒MN ，以下关于导体棒MN 中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是( )．①感应电流方向是N ―→M ②感应电流方向是M ―→N ③安培力水平向左 ④安培力水平向右A ．①②B ．③④C ．①③D ．②④ 解析答案 C2．(2012·北京西城期末考试)在下列四个情景中，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．则四个情景中，产生的感应电流i 随时间t 的变化规律符合图中i －t 图象的是( )．解析 线框转动90°后开始进入磁场，由楞次定律结合右手定则可得，若线框顺时针转动进入磁场时产生的感应电流由O 点指向P 点为负值，线框逆时针转动进入磁场时产生的感应电流由P 点指向O 点为正值，所以B 、D 错误；线框若为正方形，进入磁场后的一段时间内切割磁感线的有效长度越来越大，产生的电动势不为定值，感应电流不恒定，A 错误；线框若为扇形，进入磁场后转动90°的时间内切割的有效长度恒为半径，为定值，产生的电动势恒定，电流恒定，C 正确．答案 C3．如图所示，一由均匀电阻丝折成的正方形闭合线框abcd ，置于磁感应强度方向垂直纸面向外的有界匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，线框bc边与磁场左右边界平行．若将该线框以不同的速率从图示位置分别从磁场左、右边界匀速拉出直至全部离开磁场，在此过程中( )．A ．流过ab 边的电流方向相反B ．ab 边所受安培力的大小相等C ．线框中产生的焦耳热相等D ．通过电阻丝某横截面的电荷量相等解析 线框离开磁场，磁通量减小，由楞次定律可知线框中的感应电流方向为a ―→d ―→c ―→b ―→a ，故A 错误；由法拉第电磁感应定律得E ＝BL v ，I ＝E R ，F ＝BIL ＝B 2L 2v R ，v 不同，F 不同，故B 错误；线框离开磁场的时间t ＝L v，产生的热量Q ＝I 2Rt ＝B 2L 3v R ，故C 错误；通过导体横截面的电荷量q ＝It ＝BL 2R，故D 正确． 答案 D4．如图甲所示，abcd 是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框，在金属线框的下方有一磁感应强度为B 的匀强磁场区域，MN 和M ′N ′是匀强磁场区域的水平边界，并与线框的bc 边平行，磁场方向与线框平面垂直．现金属线框由距MN 的某一高度从静止开始下落，图9－3－18乙是金属线框由开始下落到完全穿过匀强磁场区域的v －t 图象．已知金属线框的质量为m ，电阻为R ，当地的重力加速度为g ，图象中坐标轴上所标出的字母v 1、v 2、v 3、t 1、t 2、t 3、t 4均为已知量．(下落过程中bc 边始终水平)根据题中所给条件，以下说法正确的是( )．A ．可以求出金属框的边长B ．线框穿出磁场时间(t 4－t 3)等于进入磁场时间(t 2－t 1)C ．线框穿出磁场与进入磁场过程所受安培力方向相反D ．线框穿出磁场与进入磁场过程产生的焦耳热相等解析 由线框运动的v －t 图象，可知0～t 1线框自由下落，t 1～t 2线框进入磁场，t 2～t 3线框在磁场中只受重力作用加速下降，t 3～t 4线框离开磁场．线框的边长l ＝v 3(t 4－t 3)选项A 正确；由于线框离开时的速度v 3大于进入时的平均速度，因此线框穿出磁场时间小于进入磁场时间，选项B 错；线框穿出磁场与进入磁场过程所受安培力方向都竖直向上，选项C 错误；线框进入磁场mgl ＝Q 1＋12m v 22－12m v 12，线框离开磁场mgl ＝Q 2，可见Q 1<Q 2，选项D 错．答案 A5．如图甲所示，bacd 为导体做成的框架，其平面与水平面成θ角，质量为m 的导体棒PQ 与ab 、cd 接触良好，回路的电阻为R ，整个装置放于垂直框架平面的变化磁场中，磁感应强度B 的变化情况如图9－3－19乙所示，PQ 能够始终保持静止，则0～t 2时间内，PQ 受到的安培力F 和摩擦力F f 随时间变化的图象错误的是(取平行斜面向上为正方向)解析 在0～t 2内，磁场随时间均匀变化，故回路中产生的感应电流大小方向均恒定，所以PQ 受到的安培力F ＝BIL ∝B ，方向先沿斜面向上，t 1时刻之后方向变为沿斜面向下，故A 项正确，B 项错；静摩擦力F f ＝mg sin θ－BIL ，若t ＝0时刻，mg sin θ>BIL ，则F f 刚开始时沿斜面向上，若t ＝0时刻，mg sin θ<BIL ，则F f 刚开始时沿斜面向下，C 、D 都有可能正确．(极限思维法)答案 B6．如图甲，在虚线所示的区域有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场变化规律如图乙所示，面积为S 的单匝金属线框处在磁场中，线框与电阻R 相连．若金属框的电阻为R 2，则下列说法错误的是( )．A ．流过电阻R 的感应电流由a 到bB ．线框cd 边受到的安培力方向向下C ．感应电动势大小为2B 0S t 0D ．ab 间电压大小为2B 0S 3t 0解析 本题考查电磁感应及闭合电路相关知识．由乙图可以看出磁场随时间均匀增加，根据楞次定律及安培定则可知，感应电流方向由a →b ，选项A 正确；由于电流由c →d ，根据左手定则可判断出cd 边受到的安培力向下，选项B 正确；回路中感应电动势应为E ＝(2B 0－B 0)S t 0＝B 0S t 0.选项C 错误；因为E R ＋12＝U R ，解得U ＝2B 0S 3t 0，选项D 正确． 答案 C7．一个闭合回路由两部分组成，如图所示，右侧是电阻为r 的圆形导线，置于竖直方向均匀变化的磁场B 1中；左侧是光滑的倾角为θ的平行导轨，宽度为d ，其电阻不计．磁感应强度为B 2的匀强磁场垂直导轨平面向上，且只分布在左侧，一个质量为m 、电阻为R 的导体棒此时恰好能静止在导轨上，分析下述判断不正确的有( )．A ．圆形线圈中的磁场，可以向上均匀增强，也可以向下均匀减弱B ．导体棒ab 受到的安培力大小为mg sin θC ．回路中的感应电流为mg sin θB 2dD ．圆形导线中的电热功率为m 2g 2sin 2θB 22d 2r ＋R ) 解析 导体棒此时恰好能静止在导轨上，依据平衡条件知导体棒ab 受到的安培力大小为mg sin θ，方向沿斜面向上，由左手定则判定电流方向为b →a ，再由楞次定律判定A 、B 正确；回路中的感应电流为I ＝F B 2d ＝mg sin θB 2d ，C 正确；由焦耳定律得圆形导线中的电热功率为P r ＝m 2g 2sin 2θB 22d 2r ，D 错． 答案 D8．如图所示，abcd 是一个质量为m ，边长为L 的正方形金属线框．如从图示位置自由下落，在下落h 后进入磁感应强度为B 的磁场，恰好做匀速直线运动，该磁场的宽度也为L .在这个磁场的正下方h ＋L 处还有一个未知磁场，金属线框abcd 在穿过这个磁场时也恰好做匀速直线运动，那么下列说法正确的是( )．A ．未知磁场的磁感应强度是2BB ．未知磁场的磁感应强度是2BC ．线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为4mgLD ．线框在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为2mgL解析 设线圈刚进入第一个磁场时速度大小为v 1，那么mgh ＝12m v 12，v 1＝2gh .设线圈刚进入第二个磁场时速度大小为v 2，那么v 22－v 12＝2gh ，v 2＝2v 1.根据题意还可得到，mg ＝B 2L 2v 1R ，mg ＝B x 2L 2v 2R 整理可得出B x ＝ 22B ，A 、B 两项均错．穿过两个磁场时都做匀速运动，把减少的重力势能都转化为电能，所以在穿过这两个磁场的过程中产生的电能为4mgL ，C 项正确、D 项错．答案 C9．(2011·四川卷，24)如图所示，间距l ＝0.3 m 的平行金属导轨a 1b 1c 1和a 2b 2c 2分别固定在两个竖直面内．在水平面a 1b 1b 2a 2区域内和倾角θ＝37°的斜面c 1b 1b 2c 2区域内分别有磁感应强度B 1＝0.4 T ，方向竖直向上和B 2＝1 T 、方向垂直于斜面向上的匀强磁场．电阻R ＝0.3 Ω、质量m 1＝0.1 kg 、长为l 的相同导体杆K 、S 、Q 分别放置在导轨上，S 杆的两端固定在b 1、b 2点，K 、Q 杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好．一端系于K 杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m 2＝0.05 kg 的小环．已知小环以a ＝6 m/s 2的加速度沿绳下滑，K 杆保持静止，Q 杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F 作用下匀速运动．不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长．取g ＝10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求(1)小环所受摩擦力的大小；(2)Q 杆所受拉力的瞬时功率．解析 (1)以小环为研究对象，在环沿绳下滑过程中，受重力m 2g 和绳向上的摩擦力f ，由牛顿第二定律知m 2g －f ＝m 2a .代入数据解得f ＝m 2(g －a )＝0.05×(10－6) N ＝0.2 N.(2)根据牛顿第二定律知，小环下滑过程中对绳的反作用力大小f ′＝f ＝0.2 N ，所以绳上的张力F T ＝0.2 N ．设导体棒K 中的电流为I K ，则它所受安培力F K ＝B 1I K l ，对导体棒K ，。
2024届高考物理二轮复习专题课件：+电磁感应
【考向】自感、互感
A．如图甲，人造地球卫星经过地面跟踪站上空，地面接收到信号频 率先增大后减小 B．如图乙，A、B两灯均发亮，若断开开关，A灯和B灯都会立即熄灭 C．如图丙，高频感应炉是利用炉外线圈产生的热量使炉内的金属熔 化 D．如图丁，利用该装置验证向心力与角速度的关系时，要保持皮带 连接的两个塔轮半径相同
A．线圈abcd中的电流方向为顺时针B．线圈abcd中的电流
方向为逆时针C．线圈abcd受到的安培力方向与车前行方向
一致D．线圈abcd受到的安培力方向与车前行方向相反
【答案】BC 【详解】AB．当汽车保险杠撞上前面的障碍物C时，电磁缓冲器是磁场相对于保 险杠上的线圈运动，可以反过来以磁场为参考系，则保险杠上的线圈abcd相对于 磁场反方向运动，根据右手定则或楞次定律，可知线圈abcd中的电流方向为逆时 针，故A错误，B正确； CD．根据左手定则可知bc边受到的安培力方向与车前行方向一致，故C正确，D 错误。故选BC。
二、网络构建、知识梳理
“三个定则”“一个定律”的比较
名称 电流的磁效应 磁场对电流的作用
电磁感应
应用的定则或定律 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律
基本现象 运动电荷、电流产生磁场 磁场对运动电荷、电流有作用力 部分导体做切割磁感线运动
闭合回路磁通量变化
自感、互感问题
通电自感和断电自感的比较
B．闭合回路中的感应电动势为 k S1 2S2
C．定值电阻两端的电流大小为 k S1 S2
D．定值电阻两端的电压为
Rk
S1
R
2S2
r
Rr
例2、如图所示，水平面上有两根相距0.5m的足够长的平行金属导轨MN和PQ， 它们的电阻可忽略不计，在M和P之间接有阻值为R的定值电阻，导体棒ab长 L＝0.5m，其电阻为r，与导轨接触良好，整个装置处于方向竖直向上的匀 强磁场中，磁感应强度B＝0.4T，现使ab以＝10m/s的速度向左做匀速运动.
第二中学高三物理二轮复习 电磁感应的综合应用题教学案(无答案)(2021年整理)
江苏省射阳县第二中学高三物理二轮复习电磁感应的综合应用题教学案（无答案）编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（江苏省射阳县第二中学高三物理二轮复习电磁感应的综合应用题教学案（无答案））的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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电磁感应的综合应用题【知识要点】解决这类问题的基本方法是:【例题分析】例1。
如图，一半径为r的圆形导线框内有一匀强磁场，磁场方向垂直于导线框所在平面，导线框的左端通过导线接一对水平放置的平行金属板,两板间的距离为d，板长为l,t=0时，磁场的磁感应强度B从B0开始均匀增大，同时,在板2的左端且非常靠近板2的位置有一质量为m、带电量为-q的液滴以初速度v0水平向右射入两板间，该液滴可视为质点.⑴要使该液滴能从两板间射出，磁感应强度随时间的变化率K应满足什么条件？⑵要使该液滴能从两板间右端的中点射出，磁感应强度B与时间t应满足什么关系？例2.磁流体发电是一种新型发电方式,图1和图2是其工作原理示意图。
图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，这两个电极与负载电阻R L相连.整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里,磁感应强度为B，方向如图所示。
发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。
由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。
发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同.设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为v0，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差△p维持恒定，求:⑴不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大;⑵磁流体发电机的电动势E的大小；⑶磁流体发电机发电导管的输入功率P.例3。
高中物理二轮总复习 电磁感应综合题教案
命题点2 电磁感应综合题本类考题解答锦囊解答“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．Ⅰ 高考最新热门题1 (典型例题)如图25-2—1所示，a 1b 1c 1d 1和a 2b 2c 2d 2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a 1b 1，段与a 2b 2段是竖直的，距离为l 1，c 1d 1段与c 2d 2段也是垂直的，距离为l 2,x 1y 1与x 2y 2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m 1和m 2，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x 1y 1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(l 2-l 1) ①回路中的电流R EI = ②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x 1y 1的安培力f 1=Bl 1I ③方向向上 作用于杆x 2y 2的安培力f 2=Bl 2I ④方向向下当杆作匀速运动时，根据牛顿第二定律有：F-m 1g-m 2g+f 1-f 2=0 ⑤ 解以上各式，得)()(2121l l B gm m F I -+-= ⑥)()(1221l l B gRm m F U -+-= ⑦作用于两杆的重力的功率的大小p=(m 1=+m 2)gv ⑧电阻上的热功率 Q=I 2R ⑨ 由⑥⑦⑧⑨式得Rl l B g m m F Q g m m R l l B gm m R p 21222121212221)()()()()(⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡---=+-+-= ⑩[答案] R l l B g m m F Q g m m R l l B gm m R p 21222121212221)()()()()(⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡---=+-+-=2 (典型例题)如图25-2—2(甲)所示，两根足够长的直金属导轨MN,PQ 平行放置在倾角为θ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)R Blv ；gsin θ-mR v L B 22 (3) 22sin L B mgR θ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=ab R BLv R E ·=杆所受安培力F=BIv 根据牛顿运动定律，有ma=mgsin θ-F=mgsin θR v L B 22 , mRL B g a 22sin -=θ (3)当R v L B 22=mgsin θ时，ab 杆达到最大速度 v m ,V m =22sin L B mgR θ 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25—2—3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=10m ／s 2)(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=0.5Ω，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=0．4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=R E ，安培力F=BIL=Rv L B 22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=R v L B 22+f 所以v=22L B R (F-f)．从图一可以得一直线的斜率k=2，所以B=2kL R =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 μ=0．4 (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m 1、m 2和R 1、R 2．两杆与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数皆为μ.已知杆l被外力拖动，以恒定的速度v o 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=μm 2g [)(212220R R l B gm v +-μ] 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=B 1(v 0-v)，感应电流I 21R R E 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=μm 2g ．摩擦力的功率p=μm 2gv ．由以上各式解得P=μm 2g[v 0-222l B gm μ(R 1+R 2)]．5 (典型例题)如图25—2-6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=4Ω，R2=8Ω(导轨其他部分电阻不计)．导轨OAC 的形状满足方程y=2sin(x 3π)(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 m ／s 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R 1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:0．3N(2)1W(3))35sin(43t I π= A 指导：(1)金属棒匀速运动 F 外=F 安 由E=Biv,I=总R E ．得F 外=BIL =总R v L B 22当L 达到最大，即,22sin 2m L m ==π Ω=+=38·2121R R R R R 总 则N 。
高三物理最新教案-高三物理专题复习二(电磁感应专题)学生 精品
高三物理专题复习二-----电磁感应专题一、电磁感应问题中的图象：1、19-5中A 是一边长为L 的正方形线框,电阻为R 。
今维持线框以恒定的速度v 沿x 轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场B 区域。
若以x 轴正方向作为力的正方向，线框在图示位置的时刻作为时间的零点,作出磁场对线框的作用力F 随位移和时间的变化图线2、右图中abcd 为一边长为L 具有质量的刚性导线框，位于水平面内，bc 边中串接有电阻R ，导线的电阻不计。
虚线表示一匀强磁场区域的边界，它与线框的ab 边平行。
磁场区域的宽度为2L ，磁感应强度为B ，方向竖直向下。
线框在一垂直于ab 边的水平恒定拉力作用下，沿光滑水平面运动，直到通过磁场区域。
已知ab 边刚进入磁场时，线框便变为匀速运动，此时通过电阻R 的电流的大小为i 0，试在右图的i －x 坐标上定性画出:从导线框刚进入磁场到完全离开磁场的过程中，流过电阻R 的电流i 的大小随ab 边的位置坐标x 变化的曲线。
3(选讲)、如图所示，一个边长为L 、电阻为R 的等边三角形线框，在外力的作用下以速度V 匀速的穿过宽度均为L 的两个匀强磁场，这两上磁场的磁感强度大小均为B ，方向相反，线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直，取逆时针方向为电流的正方向，试通过计算，画出从图示位置开始，线框中产生的感应电流I 与沿运动方向的位移X 之间函数关系。
4、如图17－38所示，A是一边长为L的正方形线框，电阻为R，今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的两个匀强磁场B1和B2区域（且B1＝B2）若以逆时针方向为电流的正方向，线框在图示的时刻作为时间的零点，则线框中的感应电流随时间t的变化图线为下图中的：5、如图（a），圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图（b）所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为N，则t时刻N＞G。
高三物理第二轮专题复习学案 电磁感应 功能问题
高三物理第二轮专题复习学案电磁感应功能问题【例1】光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物的方程是y=x2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y=a的直线(图中虚线所示)，一个小金属环从抛物线上y=b(b<a)处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是 ( )【解析】小金属环进入或离开磁场时，磁通量会发生变化，并产生感应电流，当小金属环全部进入磁场后，不产生感应电流，由能量定恒可得产生的焦耳热等干减少的机械能即【例2】如图所示，固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻，但表面粗糙，导轨左端连接一个电阻R，质量为m的金属棒(电阻也不计)放在导轨上，并与导轨垂直，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，用水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动的过程中①恒力F做的功等于电路产生的电能；②恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能；③克服安培力做的功等于电路中产生的电能；④恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和棒获得的动能之和以上结论正确的有( )A．①②Ｂ.②③ C．③④ D．②④【解析】在此运动过程中做功的力是拉力、摩擦力和安培力，三力做功之和为棒ab动能增加量，其中安培力做功将机械能转化为电能，故选项C是正确．【例3】图中a1b l c l d l和 a2b2c2d2为在同一竖直面内的金属导轨，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。
导轨的a1b1段与 a2b2段是竖直的，距离为l l；c l d l段与c2d2段也是竖直的，距离为l2。
x l y1与x2y2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m l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x1y l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的大小和回路电阻上的热功率。
高三一轮二轮复习电磁感应教案讲义(含答案)
电磁感应第1课时电磁感应现象楞次定律一、电磁感应现象1．电磁感应现象：当穿过闭合电路的磁通量发生_ _______时，电路中有____________产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．2．产生感应电流的条件：表述1：闭合电路的一部分导体在磁场内做______ ________运动．表述2：穿过闭合电路的磁通量____________．3．能量转化发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为______．2．引起磁通量Φ变化的情况有哪些？二、感应电流方向的判断1．楞次定律(1)内容：感应电流的磁场总要________引起感应电流的__________的变化．(2)适用情况：所有的电磁感应现象．2．右手定则(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指________，并且都与手掌在同一个________，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向____________的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．(2)适用情况：____________________产生感应电流．考点一电磁感应现象能否发生的判断判断流程：(1)确定研究的闭合电路．(2)弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ.(3)错误!【典例剖析】例1.(多选)下列说法正确的是( )A.闭合电路内只要有磁通量，就有感应电流产生B.穿过闭合电路的磁通量发生变化，电路中不一定有感应电流产生C.线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生D.当导体切割磁感线时，一定产生感应电动势例2.如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是( )A.ab向右运动，同时使θ减小B.使磁感应强度B减小，θ角同时也减小C.ab向左运动，同时增大磁感应强度BD.ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°)例3.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接．下列说法中正确的是( )A．开关闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转B．线圈A插入线圈B中后，开关闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转C．开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度D．开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才会偏转1．在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是( )A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化2.(多选)如图所示，水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系.四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置，两直导线中的电流大小与变化情况完全相同，电流方向如图中所示，当两直导线中的电流都增大时，四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是( )A.线圈a中有感应电流B.线圈b中有感应电流C.线圈c中无感应电流D.线圈d中无感应电流3．绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接，判断在以下各情况中，线圈Ⅱ中是否有感应电流产生．①闭合电健K的瞬时．②保持电键K闭合的时候．③断开电键K的瞬时．④电键K闭合将变阻器R O的滑动端向左滑动时：．（以上各空均填“有”或“无”）考点二利用楞次定律判断感应电流的方向判断感应电流方向的“三步走”【典例剖析】例1.如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直，金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是( )A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向例2.如图甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示.在0～T2时间内，直导线中电流向上，则在T2～T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力的合力方向分别是( )A.顺时针，向左B.逆时针，向右C.顺时针，向右D.逆时针，向左例3．如图所示的各种情境中，满足磁铁与线圈相互排斥，通过R的感应电流方向从a到b的是（）A．B．C．D．例4．如图所示，一水平放置的矩形线圈abed在磁场N极附近竖直自由下落，保持bc正在纸外，a d边在纸内，由图中的位置I经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，这三个位置都靠得很近，在这个过程中，绕圈中感应电流的方向是（）A．沿a→b→c→d的方向流动B．沿d→c→b→a的方向流动C．由I到Ⅱ是沿a→b→c→d的方向流动，从Ⅱ到Ⅲ是沿d→c→b→a的方向流动D．由I到Ⅱ是沿d→c→b→a的方向流动，从Ⅱ到Ⅲ是沿a→b→c→d的方向流动例5.如图所示，一个N极朝下的条形磁铁竖直下落，恰能穿过水平放置的固定矩形导线框，则( )A.磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿abcd方向；经过位置②时，沿adcb方向B.磁铁经过位置①时，线框中感应电流沿adcb方向；经过位置②时，沿abcd方向C.磁铁经过位置①和②时，线框中的感应电流都沿abcd方向D.磁铁经过位置①和②时，线框中感应电流都沿a dcb方向例6．如图所示，矩形导线框从通电直导线EF左侧运动到右侧的过程中，关于导线框中产生的感应电流的说法正确的是（）A．感应电流方向是先沿abcd方向流动，再沿adc b方向流动B．感应电流方向是先沿adcb方向流动，然后沿a bcd方向流动，再沿adcb方向流动C．感应电流始终是沿adcb方向流动D．感应电流始终是沿abcd方向流动1.如图所示，在通电长直导线AB的一侧悬挂一可以自由摆动的闭合矩形金属线圈P，AB在线圈平面内.当发现闭合线圈向右摆动时( )A.AB中的电流减小，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流B.AB中的电流不变，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流C.AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生逆时针方向的电流D.AB中的电流增大，用楞次定律判断得线圈中产生顺时针方向的电流2.MN、GH为光滑的水平平行金属导轨，ab、cd为跨在导轨上的两根金属杆，匀强磁场垂直穿过MN、GH所在的平面，如图所示，则( )A.若固定ab，使cd向右滑动，则abdc回路有电流，电流方向由a到b到d到cB.若ab、cd以相同的速度一起向右滑动，则abdc 回路有电流，电流方向由c到d到b到aC.若ab向左、cd向右同时运动，则abdc回路电流为0D.若ab、cd都向右运动，且两棒速度v cd>v ab，则a bdc回路有电流，电流方向由c到d到b到a 3．如图所示，通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd。
高考物理 电磁感应综合检测二复习教案 新
第十二章电磁感应（B卷）一、选择题（本题共9小题，每小题4分，共36分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分）1.在匀强磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪些运动时，线圈中能产生感应电流()A.线圈沿自身所在的平面做匀速运动B.线圈沿自身所在的平面做加速运动C.线圈绕任意一条直径转动D.线圈沿着磁场方向移动解析：根据法拉第电磁感应定律，只有线圈里的磁通量发生变化，才能在线圈里产生感应电流，所以应选C.答案：C2.如图所示，金属杆ab\,cd可以在光滑导轨PQ和RS上滑动，匀强磁场方向垂直纸面向里.当ab\,cd分别以速度v1和v2滑动时，发现回路中感应电流方向为逆时针方向，则v1和v2的大小和方向可能是()A.v1>v2，v1向右，v2向左B.v1>v2,v1和v2都向左C.v1=v2,v1和v2都向右D.v1=v2,v1和v2都向左解析：感应电流为逆时针时，感应电流产生的磁场方向向外，由楞次定律知回路中的磁通量增加，所以不论金属杆向哪个方向运动，只要回路面积增大即可，所以应选B.答案：B3.如图所示，两个互相连接的金属圆环用同样规格、同种材料的导线制成，大环半径是小环半径的4倍.若穿过大环磁场不变，小环磁场的磁通量变化率为K 时，其路端电压为U ；若小环磁场不变，大环磁场的磁通量变化率也为K 时，其路端电压为()A.UB.U/2C.U/4D.4U解析：由题意，大环磁场不变时，感应电动势E=t ∆Φ∆=B t∆∆ S=KS ，路端电压U=R R 外总E ；当小环磁场不变时，E 变为原来的16倍，外电阻变为原来的1/4，所以此时路端电压为4 U.答案：D4.边长为h 的正方形金属导线框，从某一较高的初始位置由静止开始下落，通过一匀强磁场区域，磁场方向是水平的，且垂直于线框平面，磁场宽度为H ，上下边界如图中水平虚线所示,H>h,从线框开始下落到完全穿过磁场区域的整个过程中，()A.线框中总是有感应电流存在B.线框受到磁场力的合力方向有时向上，有时向下C.线框运动的方向始终是向下的D.线框速度的大小不一定总是在增加解析：线框下落进入或穿出磁场时，受到重力和向上的安培力作用，而安培力F=22B h v R，与速度是有关的.由于进入磁场时速度未知，可能的情况有匀速、一直加速、一直减速、加速至匀速、减速至匀速.而完全进入磁场后，线框中没有感应电流，肯定加速.在穿出磁场时，与进入磁场时类似.故正确选项为C 、D.答案：CD5.在下图甲、乙、丙中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，甲图中的电容器C原来不带电.设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计，图中装置均在水平面内，且都处于垂直水平面方向（即纸面）向下的匀强磁场中，导轨足够长.现给导体棒ab一个向右的初速度v0，在甲、乙、丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是()A.三种情形下导体棒ab最终都做匀速运动B.甲、丙中，ab棒最终将以不同速度做匀速运动；乙中，ab棒最终静止C.甲、丙中，ab棒最终将以相同速度做匀速运动；乙中，ab棒最终静止D.三种情形下导体棒ab最终都静止解析：甲图中棒运动后给电容器充电，当充电完成后，棒以一个小于v0的速度向右匀速运动.乙图中构成了回路，最终棒的动能完全转化为电热，棒停止.丙图中棒先向右减速为零，然后反向加速至匀速.故正确选项为B.答案：B6.汽车刹车时如果车轮停止转动（技术上叫刹车抱死），车轮与地面发生滑动，此时地面的侧向附着性能很差，汽车在种种干扰外力的作用下就会出现方向失稳问题，容易发生交通事故.安装了防抱死系统（ABS系统）后的汽车，紧急刹车时车轮处在一种将要停止滚动又仍在滚动的临界状态，但刹车距离（以相同速度开始刹车到完全停下来行驶的距离）却比车轮抱死更小，如图所示是这种防抱死装置的示意简图，铁齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁铁Q，M是一个电流检测器.刹车时，磁铁与齿轮相互靠近而产生感应电流，这个电流经放大后控制制动器.由于a齿轮在经过磁铁的过程中被磁化，引起M中产生感应电流，其方向()A.一直向左B.一直向右C.先向右，后向左D.先向左，后向右解析：当a齿轮在经过磁铁时被磁化，引起线圈内磁通量增加，当齿轮远离时，线圈内磁通量又减少，由楞次定律和安培定则可知，答案为D.答案：D7.如图所示，矩形线框abcd通过导体杆搭接在金属导轨EF和MN 上，整个装置放在如图的匀强磁场中.当线框向右运动时，下面说法正确的是()A.R中无电流B.R中有电流，方向为E→MC.ab中无电流D.ab中有电流，方向为a→b解析：由于线框向右运动，所以ab两端和cd两端存在着相同大小的电动势，ab中有电流，方向为b→a，cd中也有电流，方向为c →d.同样R的回路内有电流，电流方向为E→M.答案：B8.如图所示，一个小矩形线圈从高处自由落下，进入较小的有界匀强磁场，线圈平面和磁场保持垂直.设线圈下边刚进入磁场到上边刚进入磁场为A过程；线圈全部进入磁场内运动为B过程；线圈下边刚出磁场到上边刚出磁场为C过程.则()A.在A过程中，线圈一定做加速运动B.在B过程中，线圈机械能不变，并做匀加速运动C.在A和C过程中，线圈内电流方向相同D.在A和C过程中，通过线圈某截面的电量相同解析：由于线圈从高处落下的高度未知，所以落入磁场时的初速度也不知，故进入磁场时，线圈在安培力和重力的作用下可能加速，也可能匀速或减速.B过程中，线圈内不产生感应电流，只受重力作用，所以做匀加速运动，且机械能守恒.由楞次定律知，A、C过程中电流方向相反，A过程为逆时针，C过程为顺时针.由公式q=ΔΦ/R,A和C过程线圈磁通量的变化量相同，故通过线圈某截面的电量相同.故正确选项为B、D答案：BD9.在方向水平的、磁感应强度为0.5 T的匀强磁场中，有两根竖直放置的导体轨道cd、ef，其宽度为1 m，其下端与电动势为12 V、内电阻为1 Ω的电源相接，质量为0.1 kg的金属棒MN的两端套在导轨上可沿导轨无摩擦地滑动，如图所示.除电源内阻外，其他一切电阻不计，g=10 m/s2，从S闭合直到金属棒做匀速直线运动的过程中()A.电源所做的功等于金属棒重力势能的增加B.电源所做的功等于电源内阻产生的焦耳热C.匀速运动时速度为20 m/sD.匀速运动时电路中的电流强度大小为2 A解析：当开关闭合后，金属棒受到的安培力向上且大于重力，金属棒先加速后匀速运动，匀速运动时安培力与重力大小相等，即mg=BIl，可得I=2 A.由于金属棒向上运动，存在反电动势，所以有E-Blv=Ir，得到v=20 m/s.由能量守恒可知，电源所做的功等于金属棒机械能的增量和电源内阻产生的焦耳热之和.故正确选项为C、D.答案：CD二、非选择题（本题共8小题，共64分.按题目要求作答.解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）10.(6分）如图所示，竖直平行导轨间距L=20 cm，导轨顶端接有一电键 K.导体棒ab与导轨接触良好且无摩擦，ab的电阻R=0.4 Ω，质量m=10 g，导轨的电阻不计，整个装置处在与轨道平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度B=1 T.当ab棒由静止释放0.8 s后，突然接通电键，不计空气阻力，设导轨足够长.则ab棒的最大速度为__，最终速度为__.（g取10 m/s2)解析：ab 棒由静止释放0.8 s 后，速度v=gt=8 m/s 接通电键后， ab 棒受到向上的安培力作用，有F A =2222B L v 10.28R 0.4⨯⨯=N=0.8N 安培力大于棒的重力mg=0.1 N ，所以棒要减速.最终当安培力等于重力时，即F A = 22B L v R'=mg ，得v ′=1 m/s.答案：8 m/s1 m/s11.（6分）如图所示，质量为100 g 的铝环，用细线悬挂起来，环中心距地面0.8 m.有一质量为200 g 的磁铁沿环中心轴线以10 m/s 的水平速度射入并穿过铝环，落在距铝环原位置水平距离3.6 m 处，则在磁铁与铝环发生相互作用时，（1）铝环向__偏斜，其能上升的高度为__；（2）在磁铁穿过铝环的整个过程中，环中产生了___J 的电能.解析：（1）磁铁穿过铝环后做平抛运动，有v 1由动量守恒定律，有m1v 0=m1v 1+m2v 2，得到铝环向右的速度v 2=10112m v m v 0.2100.29m 0.1-⨯-⨯=m/s=2 m/s 再由机械能守恒12m 2 22v =m 2gh ′，得铝环上升的高度h ′=0.2 m.（2）在磁铁穿过铝环的整个过程中，由能量守恒有Q=12m12v-(12m121v+12m222v)=1.7 J.答案：(1)右0.2 m(2)1.712.（8分）如图所示，水平放置的U形金属框架中接有电源，电动势为ε，内阻为r.框架上放置一质量为m，电阻为R的金属杆，它可以在框架上无摩擦地滑动，框架两边相距为L，匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向上.当ab杆受到水平向右足够大的恒力F时，求：（1）从静止开始向右滑动，起动时的加速度；（2）ab可以达到的最大速度v max;(3)ab达到最大速度v max时，电路中每秒钟放出的热量Q.解析：(1)金属杆ab 所受磁场力，方向向左，其大小为：f 0=BIL=B LR rε+ ∴a 0=()()0F R r B L F f m m R r ε+--=+. （2）ab 向右滑动产生感应电动势ε′，它与ε相串联，故电流强度：I ′=BLvR rR rεεε+'+=++达到最大速度时满足条件F=BI ′L ，即:F=vmax BL(BL R rε++）解得v max =()22F R r BL B Lε+-. （3）此时电路中每秒放出的热量：Q=I ′2(R+r)=()222F R r B L+.答案：（1）()F R r BL ()m R r ε+-+ (2) ()22F R r B L B L ε+-(3) ()222F R r B L+13.(8分）如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，存在着两个磁感应强度大小相等的匀强磁场，其中一个的方向垂直斜面向下，另一个的方向垂直斜面向上，宽度均为L.一个质量为m 、边长为L 的正方形线框以速度v 刚进入上边磁场时恰好做匀速直线运动，当ab 边到达gg ′和ff ′的中间位置时，线框又恰好做匀速直线运动.问：线框从开始进入上边的磁场至ab 边到达gg ′和ff ′中间位置时，产生的热量为多少？解析：当ab 边刚进入上边磁场时，做匀速直线运动，有mgsinθ=22B L v R在ab 边越过ff ′时，线框的两边ab 和cd 同时切割磁感线，当再次做匀速直线运动时，产生的电动势E ′=2BLv ′，有mgsin θ=224B L v R，所以有v ′=v/4由能量守恒得：Q=mg ·32Lsin θ+12mv 2-12mv ′2=32mgLsin θ+1532mv 2. 答案：32 mgLsin θ+1532mv 2 14.(8分）如图所示，ef 、gh 为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距为L=1 m ，导轨左端连接一个R=2 Ω的电阻，将一根质量为0.2 kg 的金属棒cd 垂直地放在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感应强度为B=2 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下.现对金属棒施加一水平向右的拉力F ，使棒从静止开始向右运动.试解答以下问题：（1）若施加的水平外力恒为F=8 N ，则金属棒达到的稳定速度v 1是多少？（2）若施加的水平外力的功率恒为P=18 W,则金属棒达到的稳定速度v 2是多少？（3）若施加的水平外力的功率恒为P=18 W ，则金属棒从开始运动到速度v 3=2 m/s 的过程中电阻R 产生的热量为8.6 J ，则该过程所需的时间是多少？解析： (1)由E=BLv 1、I=E R 和F=BIL 得F=221B L v R代入数据得v 1=4 m/s.（2）由F ′=222B L v R 和P=F ′v 2有v 2=BL代入数据得v 2m/s=3 m/s. (3)由能量守恒有P t =12m 23v +Q解得t=22311mv Q 0.228.622s P 18+⨯⨯+==0.5 s.答案：（1）4 m/s(2)3 m/s(3)0.5 s15.（8分）一个质量为m 、直径为d 、电阻为R 的金属圆环，在范围足够大的磁场中沿竖直方向下落，磁场的分布情况如图所示，已知磁感应强度竖直方向分量B y 的大小只随高度变化，其随高度变化的关系式为B y =B 0(1+ky)（此时k 为比例常数，且k>0)，其中沿圆环轴线的磁场方向始终竖直向上，金属圆环在下落过程中环面始终保持水平，速度越来越大，最终稳定为某一数值，称为收尾速度.求：（1）圆环中感应电流的方向（俯视）； （2）圆环收尾速度的大小.解析：（1）金属圆环下落过程中，磁通量增加，由楞次定律，感应电流为顺时针方向.(2)当最终速度稳定时，竖直方向的磁场均匀变化 E=tB∆∆·S=kB 0v π(2d )2由能量守恒得mgv=2E R ，解得v=2224016mgRk B dπ.答案：（1）顺时针方向（2）2224016mgRk B dπ16.(10分）如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B=0.40 T，OCA导轨与OA直导轨分别在O点和A点接一阻值R1=3.0 Ω和R2=6.0 Ω几何尺寸可忽略的定值电阻，导轨OCA的曲线方程为)(m).金属棒ab长1.5 m，以速度v=5.0 m/s水平向右y=1.0 sin(x3匀速运动（b点始终在x轴上）.设金属棒与导轨接触良好，摩擦不计，电路中除了电阻R1和R2外，其余电阻均不计，曲线OCA与x轴之间所围面积约为1.9 m2.求：(1)金属棒在导轨上运动时R1的最大功率；（2）金属棒在导轨上运动从x=0到x=3.0 m的过程中通过金属棒ab 的电量；（3）金属棒在导轨上运动从x=0到x=3.0 m 的过程中，外力必须做多少功？解析：(1)R1的功率P 1=21E R ,当E=E m =By m v 时，R 1有最大功率，为P 1m =()2m 11By v E2m R R =代入数据得P 1m =1.33 W.(2)将OA 等分成n 份长度为Δx 的小段，每一小段中金属棒的有效切割长度可认为是一定的，设为yi(i=1,2,3…,n).由于金属棒向右匀速运动，设金属棒每通过Δx 的位移所用的时间为Δt.金属棒每通过Δx 的位移，通过其电量的表达式,q i =I i Δt=i i By v By xx ·R v R ∆∆=总总,其中y i Δx 为金属棒每通过Δx 的位移所扫过的有效面积,设为s i ,所以q i =iBS R 总.金属棒在导轨上运动从x=0到x=3.0 m 的过程中通过金属棒ab 的电量q=i 11BS BSqi R R nni i ====∑∑总总，式中S 即为题目中曲线OCA 与x 轴之间所围的面积,代入数据得q=0.38 C.（3）因为E=Byv=0.40×5.0×1.0sin3x π =2.0sin 3x π=2.0sin 3vx π,所以，ab棒产生的是正弦式交变电流，且Em=2.0 V.由E有效属棒在导轨上从x=0到x=3.0 m的过程中R1、R2产生的热量Q=2mE x·R v有效总，以W F=Q，代入数据得WF=0.6 J.答案：（1）1.33 W（2）0.38 C（3）0.6 J17.(10分）如图，水平平面内固定两平行的光滑导轨，左边两导轨间的距离为2L，右边两导轨间的距离为L，左右部分用导轨材料连接，两导轨间都存在磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场.ab、cd两均匀的导体棒分别垂直放在左边和右边导轨间，ab棒的质量为2m，电阻为2r，cd棒的质量为m，电阻为r，其他部分电阻不计.原来两棒均处于静止状态,cd棒在沿导轨向右的水平恒力F作用下开始运动，设两导轨足够长，两棒都不会滑出各自的轨道.(1)试分析两棒最终达到何种稳定状态？此状态下两棒的加速度各多大？（2）在达到稳定状态时ab棒产生的热功率多大？解析：(1)cd棒由静止开始向右运动，产生如图所示的感应电流，设感应电流大小为I，cd和ab棒分别受到的安培力为F1、F2,速度分别为v1\,v2，加速度分别为a1,a2,则1212Blv 2BLv BL(v 2v )E I 3r 3r 3r--===① F 1=BIL,F 2=2BIL ②12F BIL 2BIL BILa ,a m 2m m-===③ 开始阶段安培力小，有a 1a 2,cd 棒比ab 棒加速快得多，随着(v 1-2v 2)的增大，F 1、F 2增大，a 1减小、a 2增大.当a 1=2a 2时，L(v 1-2v 2)不变，F 1、F 2也不变，两棒以不同的加速度匀加速运动.将③式代入可得两棒最终做匀加速运动的加速度：a 1=2F 3m，a 2=3Fm .(2)两棒最终处于匀加速运动状态时a 1=2a 2,代入③式得:I=F3BL此时ab 棒产生的热功率为：P=I 2·2r=2222F r9B L.答案：（1）匀加速运动；a 1=2F 3m ;a 2=F 3m (2) 2222F r9B L。
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电磁感应的综合应用题
【知识要点】
解决这类问题的基本方法是：
【例题分析】
例1.如图，一半径为r的圆形导线框内有一匀强磁场，磁场方向垂直于导线框所在平面，导线框的左端通过导线接一对水平放置的平行金属板，两板间的距离为d，板长为l，t=0时，磁场的磁感应强度B从B0开始均匀增大，同时，在板2的左端且非常靠近板2的位置有一质量为m、带电量为-q 的液滴以初速度v0水平向右射入两板间，该液滴可视为质点。
⑴要使该液滴能从两板间射出，磁感应强度随时间
的变化率K应满足什么条件？
⑵要使该液滴能从两板间右端的中点射出，磁感应强
度B与时间t应满足什么关系？
例2.磁流体发电是一种新型发电方式，图1和图2是其工作原理示意图。
图1中的长方体是发电导管，其中空部分的长、高、宽分别为l、a、b，前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，这两个电极与负载电阻R L相连。
整个发电导管处于图2中磁场线圈产生的匀强磁场里，磁感应强度为B，方向如图所示。
发电导管内有电阻率为ρ的高温、高速电离气体沿导管向右流动，并通过专用管道导出。
由于运动的电离气体受到磁场作用，产生了电动势。
发电导管内电离气体流速随磁场有无而不同。
设发电导管内电离气体流速处处相同，且不存在磁场时电离气体流速为v0，电离气体所受摩擦阻力总与流速成正比，发电导管两端的电离气体压强差△p维持恒定，求：
⑴不存在磁场时电离气体所受的摩擦阻力F多大；
⑵磁流体发电机的电动势E的大小；
⑶磁流体发电机发电导管的输入功率P。
例3.有一种磁性加热装置，其关键部分由焊接在两个等大的金属环上的n根间距相等的平行金属条组成，成“鼠笼”状，如图所示．每根金属条的长度为L，电阻为R，金属环的直径为D，电阻不计．在垂直于鼠笼轴线的空间范围内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的宽度恰好等于“鼠笼”金属条的间距，当金属环以角速度ω绕过两环的圆心的轴OO′旋转时，始终有一根金属条切割磁感线．“鼠笼”的转动由一台电动机带动，这套设备的效率为η，求电动机输出的机械功率．
例4.如图所示，顶角θ=45°的金属导轨MON固定在水平面内，导轨处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中。
一根与ON垂直的导体棒在水平外力作用下以恒定速度v0沿导轨MON向右滑动，导体棒的质量为m，导轨与导体棒单位长度的电阻均为r。
导体棒与导轨接触点为a和b，导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触.t=0时，导体棒位于顶角O处，求：
（1）t时刻流过导体棒的电流强度I和电流方向。
（2）导体棒作匀速直线运动时水平外力F的表达式。
（3）导体棒在0～t时间内产生的焦耳热Q。
（4）若在t0时刻将外力F撤去，导体棒最终在导轨上静止时的坐标x。