高中物理电磁感应定律的综合应用(夯实基础拿高分)

第三节电磁感应定律的综合应用一、考情分析

考试大纲考纲解读

1.电磁感应与电场的综合应用Ⅱ

2.电磁感应与电路的综合应用Ⅱ

3.电磁感应与动力学的应用Ⅱ

1.与电路知识的综合，主要讨论电能在电路中传输、分配，并通过用电器转化为其他形式的能量的特点及规律；

2.与力学知识的综合，主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动规律以及电磁感应过程中的能量转化关系.

3.滑轨类问题是电磁感应的综合类问题，涉及力与运动、静电场、电路结构、磁场及能量、动量知识，要花大力气重点复习。

4.电磁感应中的图象分析，要理解各种图像的物理意义和应用。

从近年高考题统计分析结果来看，题型倾向于一个选择题，但综合程度、能力要求的层次都较高，仍然属于考察的重难点.

二、考点知识梳理

“电磁感应”是电磁学的核心内容之一，同时又是与电学、力学知识紧密联系的知识点，是高考试题考查综合运用知识能力的很好落脚点，所以它向来是高考关注的一个重点和热点，考察的方向主要集中在三个方面：一、电磁感应规律，电磁感应是研究其它形式能量转化为电能的特点和规律，其核心内容是法拉第电磁感应定律和楞次定律；二、与电路知识的综合，主要讨论电能在电路中传输、分配，并通过用电器转化为其它形式的能量的特点及规律；三、与力学知识的综合，主要讨论产生电磁感应的导体受力、运动规律以及电磁感应过程中的能量转化关系.

三、考点知识解读

考点1. 解决电磁感应现象中力学问题的基本方法与技巧

剖析：

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，解决这类电磁感应中的力学问题，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、动量定理、动能定理、动量守恒定律、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。

（1）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求出回路的电流强度；

③分析研究导体受力情况（包括安培力，用左手定则确定其方向）；

④列平衡方程或动力学方程求解． （2）解决电磁感应现象中力学问题的技巧

①因电磁感应中力和运动问题所给图形大多为立体空间分布图，故在受力分析时，应把立体图转化为平面图，使物体（导体）所受的各力尽可能在同一平面图内，以便正确对力进行分解与合成，利用物体的平衡条件和牛顿运动定律列式求解．

②对于非匀变速运动最值问题的分析，注意应用加速度为零，速度达到最值的特点．

[例题1]如图10-3-1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 0、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； F=BIL 临界状态

态 v 与a 方向关系 运动状态的分析 a 变化情况 F=ma 合外力 运动导体所受的安培力 感应电流 确定电源（E ，r ）

r R E I +=

10-3-1

（3）求在下滑过程中，ab 杆可以达到的速度最大值。

解析：（1）如图10-3-2重力mg ，竖直向下；

支持力N ，垂直斜面向上；

安培力F ，沿斜面向上

（2）当ab 杆速度为v 时，感应电动势E =BLv ,

此时电路

电流 R BLv R E I ==

ab 杆受到安培力R v L B BIL F 22== 根据牛顿运动定律，有

R v L B mg F mg ma 22sin sin -=-=θθ mR

v L B g a 22sin -=θ （3）当θsin 22mg R

v L B =时，ab 杆达到最大速度v m 2

2sin L B mgR v m θ= 【变式训练1】.如图10-3-3甲所示的轮轴,它可以绕垂直于纸面的光滑固定水平轴O 转动.轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一重物,另一端系一质量为m 的金属杆.

在竖直平面内有间距为L 的足够长的平行金属导轨PO 、EF,在QF 之间连接有阻值为R 的电阻,其余电阻不计.磁感应强度为B 的匀强磁场与导轨平面垂直.开始时金属杆置于导轨下端,将重物由静止释放,重物最终能匀速下降.运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,忽略所有摩擦.

(1)若重物的质量为M,则重物匀速下降

图10-3-2

的速度v 为多大?

(2)对一定的磁感应强度B,重物的质量M 取不同的值,测出相应的重物做匀速运动时的速度,可得出v M -实验图线.图乙中画出了磁感应强度分别为1B 和2

B 时的两条实验图线,试根据实验结果计算1B 与

2B 的比值. 解析：1)M 匀速下降时,金属杆匀速上升,

回路中产生的感应电动势为:E BLv = 则BLv F BIL B L R ==安 对M 、m 整体有：Mg F mg =+合 由以上式子解得：22

(M m)gR v B L -=

(2)由(1)得:2222gR mgR v M B L B L =- 由v M -图象可知:12k 1.6,k 0.9== 所以解得:1221B k 0.93B k 1.64

=== 考点2. 解决电磁感应现象中电路问题的基本方法与分析误区

剖析：

在电磁感应中，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，该导体或回路就相当于电源，将它们接上电容器，便可使电容器充电；将它们接上用电器，便可对用电器供电，在回路中形成电流. 因此，电磁感应问题往往跟电路问题联系在一起.．解决电磁感应电路问题的关键是把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路．

（1）基本方法

①确定电源：先判断产生电磁感应现象的那一部分导体，该部分导体可

视为等效电源．

②分析电路结构，画等效电路图．

③利用电路规律求解，主要有欧姆定律，串并联规律等．

10-3-3