高考物理一輪總復(fù)習 專題九課件（打包4套）[新人教版].zip

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金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計 勻強磁場方向豎直向下 用與導(dǎo)軌平行的拉力F作用在金屬桿上 使桿運動 當改變拉力的大小時 相對應(yīng)的速度v也會變化 從而使跟蹤儀始終與運動員保持一致 已知v和F的關(guān)系如圖乙所示 取重力加速度g 10m s2 則 圖Z9 3 A 金屬桿受到的拉力與速度成正比B 該磁場磁感應(yīng)強度為1T C 圖線在橫軸的截距表示金屬桿與導(dǎo)軌間的阻力大小D 導(dǎo)軌與金屬桿之間的動摩擦因數(shù)為 0 4 答案 BCD 專題九電磁感應(yīng) 第1講電磁感應(yīng)現(xiàn)象楞次定律 一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1 磁通量 乘積 磁感線條數(shù) BScos 1 定義 在勻強磁場中 磁感應(yīng)強度B與垂直于磁場方向的面積S的 叫做穿過這個平面的磁通量 簡稱磁通 2 意義 穿過某一面積的 的多少 3 定義式 式中Scos 為面積S在垂直于磁場方向的平面上投影的大小 是S所在平面的法線方 向與磁場方向的夾角 4 磁通量是 有正負 其正負表示與規(guī)定的正方向是相同還是相反 若磁感線沿相反方向穿過同一平面 且正向磁感線條數(shù)為 1 反向磁感線條數(shù)為 2 則總磁通量 1 2 5 單位 韋伯 符號是Wb 1Wb 1T m2 2 電磁感應(yīng) 感應(yīng)電流 磁通量 1 定義 只要穿過閉合回路的 發(fā)生變化 閉合回路中就有電流產(chǎn)生 這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做 產(chǎn)生的電流叫做 2 條件 閉合回路中的 發(fā)生變化 標量 磁通量 電磁感應(yīng) 基礎(chǔ)檢測 1 2014年新課標卷 在法拉第時代 下列驗證 由磁產(chǎn) 生電 設(shè)想的實驗中 能觀察到感應(yīng)電流的是 A 將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路 然后觀察電流表的變化B 在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈 然后觀察電流表的變化C 將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接 往線圈中插入條形磁鐵后 再到相鄰房間去觀察電流表的變化D 繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈 分別接電源和電流表 在給線圈通電或斷電的瞬間 觀察電流表的變化答案 D 二 楞次定律和右手定則 1 楞次定律 感應(yīng)電流 垂直 掌心 1 內(nèi)容 感應(yīng)電流具有這樣的方向 即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起 的磁通量的變化 2 適用情況 所有電磁感應(yīng)現(xiàn)象 2 右手定則 導(dǎo)線運動 感應(yīng)電流 1 內(nèi)容 伸開右手 讓大拇指與四指 并與手掌在同一平面內(nèi) 讓磁感線垂直穿過 大拇指指向 的方向 其余四指所指方向即為 的方向 2 適用情況 導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 基礎(chǔ)檢測 2 2015年四川自貢一診 如圖9 1 1甲所示 長直導(dǎo)線與閉合金屬線框位于同一平面內(nèi) 長直導(dǎo)線中的電流i隨時間t的變 T時間內(nèi) 線框中感應(yīng)電流的方向與所受安培力情況是 圖9 1 1 A 感應(yīng)電流方向為順時針 線框受安培力的合力方向向左B 感應(yīng)電流方向為順時針 線框受安培力的合力方向向右C 感應(yīng)電流方向為逆時針 線框受安培力的合力方向向右D 感應(yīng)電流方向為逆時針 線框受安培力的合力方向向左答案 B 第2講法拉第電磁感應(yīng)定律自感和渦流 一 法拉第電磁感應(yīng)定律 2 法拉第電磁感應(yīng)定律 磁通量的變化率 1 內(nèi)容 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 電路中感應(yīng)電動勢的大小 跟 成正比 2 表達式 其中n為線圈的匝數(shù) 3 公式的變形 3 導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 BLv 1 導(dǎo)體平行移動 E 其中B L v三者兩兩垂直 且L為導(dǎo)體的有效切割長度 基礎(chǔ)檢測 1 2014年江蘇卷 如圖9 2 1所示 一正方形線圈的匝數(shù)為n 邊長為a 線圈平面與勻強磁場垂直 且一半處在磁場中 在 t時間內(nèi) 磁感應(yīng)強度的方向不變 大小由B均勻地增大 到2B 在此過程中 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為 圖9 2 1 答案 B 二 自感和渦流 1 自感現(xiàn)象 電磁感應(yīng) 自感 1 定義 由導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化時而產(chǎn)生的 現(xiàn)象 自感現(xiàn)象遵循電磁感應(yīng)的所有規(guī)律 2 自感電動勢 定義 在 現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢 表達式 E 電流 方向 總是阻礙導(dǎo)體中原來 的變化 增反減同 單位 亨利 H 1mH 10 3H 1 H 10 6H 3 自感系數(shù)L 長短 形狀 匝數(shù) 大 有關(guān)因素 與線圈的 以及是否有鐵芯有關(guān) 線圈越長 單位長度上線圈的匝數(shù)越多 橫截面積越大 它的自感系數(shù)越 線圈中插入鐵芯 自感系數(shù)會增大很多 4 自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止 啟動器 產(chǎn)生瞬時高壓 應(yīng)用 如日光燈電路中的鎮(zhèn)流器 振蕩電路等 日光燈電路是由啟動器 鎮(zhèn)流器和燈管組成的 在日光燈啟動時起到開關(guān)作用 正常工作時斷開 鎮(zhèn)流器的作用是在燈開始點亮時起 的作用 在日光燈正常發(fā)光時起 作用 降壓限流 雙線 渦流 防止 制作精密電阻時 采用 繞法 防止自感現(xiàn)象的發(fā)生 減小因自感而造成的誤差 2 渦流 塊狀金屬在磁場中運動 或者處在變化的磁場中 金屬塊內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流 這種電流在整塊金屬內(nèi)部自成閉合回路 叫做 基礎(chǔ)檢測 2 多選 2015年廣東深圳南山期末 如圖9 2 2所示 A B是相同的白熾燈 L是自感系數(shù)很大 電阻可忽略的自感線 圈 下面說法正確的是 A 閉合開關(guān)S時 A B燈同時亮 且達到正常B 閉合開關(guān)S時 B燈比A燈先亮 最 后一樣亮 圖9 2 2 C 閉合開關(guān)S時 A燈比B燈先亮 最后一樣亮D 斷開開關(guān)S時 A燈與B燈同時慢慢熄滅答案 BD 考點1 對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 重點歸納1 磁通量 磁通量的變化量 磁通量的變化率 續(xù)表 續(xù)表 3 感應(yīng)電荷量 2 有關(guān)因素 感應(yīng)電荷量由磁通量變化大小 線圈匝數(shù)及電路的電阻R決定 與變化時間無關(guān) 3 q I t也適用一段時間內(nèi)流過該電路的平均電荷量 若 一直變大或變小 則 q等于總電荷量 典例剖析例1 2015年湖北重點中學(xué)聯(lián)考 如圖9 2 3甲所示 一個圓形線圈的匝數(shù)n 100 線圈面積S 200cm2 線圈的電阻r 1 線圈外接一個阻值R 4 的電阻 把線圈放入一方向垂直線圈平面向里的勻強磁場中 磁感應(yīng)強度隨時間變化規(guī)律 如圖乙所示 下列說法中正確的是 圖9 2 3 A 線圈中的感應(yīng)電流方向為順時針方向B 電阻R兩端的電壓隨時間均勻增大 C 線圈電阻r消耗的功率為4 10 4W D 前4s內(nèi)通過R的電荷量為4 10 4C 思維點撥 由題意可知 磁感應(yīng)強度是均勻變化的 故產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電動勢和恒定電流 答案 C 考點練透 1 2015年新課標卷 如圖9 2 4所示 直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中 磁感應(yīng)強度大小為B 方向平行于ab邊向上 當金屬框繞ab邊以角速度 逆時針轉(zhuǎn)動時 a b c三點的電勢分別為Ua Ub Uc 已知bc邊的長度為l 下列判斷正 確的是 圖9 2 4 答案 C 2 2013年新課標卷 如圖9 2 5所示 在水平面 紙面 內(nèi)有3根相同的均勻金屬棒ab ac和MN 其中ab ac在a點接觸 構(gòu)成 V 字形導(dǎo)軌 空間存在垂直于紙面的均勻磁場 用力使MN向右勻速運動 從a位置開始計時 運動中MN始終與 bac的角平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸 下列關(guān)于回路中 電流i與時間t的關(guān)系圖象 可能正確的是 圖9 2 5 A B C D 答案 A 考點2 對自感現(xiàn)象的分析 重點歸納1 通電自感 1 電路圖如圖9 2 6所示 為了方便比較 使L1 L2同規(guī)格 R RL 自感系數(shù)L較大 圖9 2 6 2 現(xiàn)象 在S閉合瞬間 燈L2立即亮起來 燈L1逐漸變 亮 最終一樣亮 3 由于開關(guān)閉合時 流過電感線圈的電流迅速增大 線圈產(chǎn)生自感電動勢 阻礙了電流的增大 使流過燈L1的電流比流過燈L2的電流增加得慢 這個過程電能轉(zhuǎn)化為磁場能 2 斷電自感 1 電路圖如圖9 2 7所示 為使現(xiàn)象明顯 L應(yīng)很大 即有 鐵芯 圖9 2 7 2 現(xiàn)象 S斷開時 燈L漸漸熄滅或閃亮一下再熄滅 3 原因 S斷開時 線圈L產(chǎn)生自感電動勢 阻礙電流減小 使電流繼續(xù)存在一段時間 燈L中電流反向 不會立即熄滅 若RLIL 則燈L熄滅前要閃亮一下 若RL RL S斷開前電流IL IL 則燈L逐漸熄滅 不再閃亮一下 這個過程磁場能轉(zhuǎn)化為電能 考點練透 3 2015年江蘇常州檢測 如圖9 2 8所示 電路中A B是兩個完全相同的燈泡 L是一個自感系數(shù)很大 電阻可忽略的自感線圈 C是電容很大的電容器 當S閉合與 斷開時 A B燈泡的發(fā)光情況是 A S剛閉合后 A亮一下又逐漸熄滅 B逐 漸變亮 圖9 2 8 B S剛閉合后 B亮一下又逐漸變暗 A逐漸變亮C S閉合足夠長時間后 A和B一樣亮D S閉合足夠長時間后 A B都熄滅答案 A 4 如圖9 2 9所示的電路中 電源的電動勢為E 內(nèi)阻為r 電感L的電阻不計 電阻R的阻值大于燈泡L的阻值 在t 0時刻閉合開關(guān)S 經(jīng)過一段時間后 在t t1時刻斷開S 下列表示A B兩點間電壓UAB隨時間t變化的 圖象中 正確的是 圖9 2 9 A B C D 答案 B 解析 在t 0時刻閉合開關(guān)S時 線圈中電流增大 產(chǎn)生自感電動勢 使得線圈中電流只能逐漸增大 干路中電流I也逐漸增大 根據(jù)歐姆定律UAB E Ir UAB逐漸減小直到穩(wěn)定 穩(wěn)定時 電阻R的電流小于燈泡L的電流 在t t1時刻斷開S時 燈泡中原來的電流立即減小為零 線圈中產(chǎn)生自感電動勢 電阻R 燈泡L和線圈組成回路 回路中電流從原來值逐漸減小到零 此時流過燈泡L的電流方向與原來的方向相反 B點的電勢比A點電勢高 UAB 0 由于穩(wěn)定時線圈中電流較小 根據(jù)UAB IRL 則此時UAB值比穩(wěn)定時小 方法 導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的計算方法 1 平動類型感應(yīng)電動勢的計算 E Blv 1 該類型中導(dǎo)體平動切割磁感線 2 正交性 B l v相互垂直時公式成立 3 有效性 式中的l為有效切割長度 即導(dǎo)體在垂直于v方向上的投影長度 1 該類型主要是導(dǎo)體或桿在與磁場平面成一定角度的平面上轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電動勢 2 當導(dǎo)體在垂直于磁場的平面內(nèi) 繞一端以角速度 勻速轉(zhuǎn)動時 產(chǎn)生的感應(yīng)電動 圖9 2 10 3 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體電勢高低的判斷 1 導(dǎo)體切割磁感線 任意一小段導(dǎo)體切割磁感線時 讓磁感線穿過右手掌心 大拇指指向?qū)Ь€的運動方向 則其余四指指向這一側(cè)的導(dǎo)體端電勢高 注意 切割磁感線的導(dǎo)體相當于電源 感應(yīng)電流流向高電勢那端 外導(dǎo)體中的電流流向低電勢處 2 磁場變化產(chǎn)生的電動勢的判斷 其電動勢大小為E 判斷時先由楞次定律和安培定則確定感應(yīng)電流方向 若電 路斷路 則假設(shè)構(gòu)建它通路 然后根據(jù)變化磁場之內(nèi)的電路電流流向高電勢 變化磁場之外的電路電流流向低電勢來判斷電勢的高低 例2 2014年天津卷 如圖9 2 11所示 兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角 30 的斜面上 導(dǎo)軌電阻不計 間距L 0 4m 導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域 和 兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN 中的勻強磁場方向垂直斜面向下 中的勻強磁場方向垂直斜面向上 兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B 0 5T 在區(qū)域 中 將質(zhì)量m1 0 1kg 電阻R1 0 1 的金屬條ab放在導(dǎo)軌上 ab剛好不下滑 然后 在區(qū)域 中將質(zhì)量m2 0 4kg 電阻R2 0 1 的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上 由靜止開始下滑 cd在滑動過程中始終處于區(qū)域 的磁場中 ab cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸 取g 10m s2 問 圖9 2 11 1 cd下滑的過程中 ab中的電流方向 2 ab剛要向上滑動時 cd的速度v多大 3 從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中 cd滑動的距離x 3 8m 此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少 審題突破 ab放在導(dǎo)軌上剛好不下滑 可知ab與導(dǎo)軌間的最大靜摩擦力大小等于其重力沿斜面向下的分力 ab剛要上滑時 所受摩擦力沿斜面向下 依此可求出回路中的電流和cd的下滑速度 從而可由能量守恒定律求出熱量 解 1 根據(jù)右手定則判斷知cd中電流方向由d流向c 故ab中電流方向由a流向b 2 開始放置ab剛好不下滑時 ab所受摩擦力為最大靜摩 擦力 設(shè)其為Fmax 有Fmax m1gsin 設(shè)ab剛好要上滑時 cd棒的感應(yīng)電動勢為E 由法拉第電磁感應(yīng)定律有 E BLv設(shè)電路中的感應(yīng)電流為I 由閉合電路歐姆定律有 設(shè)ab所受安培力為F安 有 F安 BIL 此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下 由平衡條件 有F安 m1gsin Fmax 聯(lián)立 式 代入數(shù)據(jù)解得v 5m s 3 設(shè)cd棒的運動過程中電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總 由能量守恒定律有 聯(lián)立 式解得Q 1 3J 由串聯(lián)電路規(guī)律有 題外拓展 本類題的最大特點是電磁學(xué)與力學(xué)知識相結(jié)合 應(yīng)注意 1 受力分析 如重力 支持力 摩擦力 安培力等 找出關(guān)鍵信息 如 靜止 勻速 勻加速 等 建立方程 2 運動過程分析 找出每個過程的物理關(guān)系式 3 功能關(guān)系的熟練運用 如重力 安培力 摩擦力等做功 情況 以及與之對應(yīng)的能量變化關(guān)系 本題中 若改變磁場的大小 導(dǎo)體棒最終靜止時 電阻R 產(chǎn)生的焦耳熱會如何變化 觸類旁通 2014年廣東廣州一模 如圖9 2 12所示 勻強磁場垂直銅環(huán)所在的平面 導(dǎo)體棒a的一端固定在銅環(huán)的圓心O處 另一端緊貼銅環(huán) 可繞O勻速轉(zhuǎn)動 通過電刷把銅環(huán) 環(huán)心與兩豎直平行金屬板P Q連接成如圖所示的電路 R1 R2是定值電阻 帶正電的小球通過絕緣細線掛在兩板間M點 被拉起到水平位置 合上開關(guān)K 無初速度釋放小球 小球沿圓弧經(jīng)過M點正下方的N點到另一側(cè) 已知 磁感應(yīng)強度為B a的角速度大小為 長度為l 電阻為r R1 R2 2r 銅環(huán)電阻不計 P Q兩板間距為d 帶電小球的質(zhì)量為m 電荷量為q 重力加速度為g 求 1 a勻速轉(zhuǎn)動的方向 2 P Q間電場強度E的大小 3 小球通過N點時對細線拉力T的大小 圖9 2 12 解 1 依題意 小球從水平位置釋放后 能沿圓弧向下擺動 故小球受到電場力的方向水平向右 P板帶正電 Q板帶負電 由右手定則可知 導(dǎo)體棒a順時針轉(zhuǎn)動 2 導(dǎo)體棒a轉(zhuǎn)動切割磁感線 由法拉第電磁感應(yīng)定律得電動勢大小 由歐姆定律可知 PQ的電壓為UPQ IR2 第3講電磁感應(yīng)定律的綜合應(yīng)用 1 電磁感應(yīng)中 切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生 該導(dǎo)體或回路相當于 2 感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流的方向 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢那部分電路為電源部分 電流為電源內(nèi)部電流流向 電勢處 外電路中的電流流向 電勢處 感應(yīng)電動勢 電源 高 低 3 電磁感應(yīng)問題往往跟運動學(xué) 力學(xué)問題聯(lián)系在一起 分析時要特別注意加速度a 0 速度v達到最大值的特點 這類問題的分析思路如下 4 電磁感應(yīng)過程實質(zhì)是不同形式的能量轉(zhuǎn)化的過程 安培力做功的過程 是 能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程 安培力做多少功就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 克服安培力做多 少功就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為 電 電能 基礎(chǔ)檢測 多選 2016年西藏第一高級中學(xué)月考 如圖9 3 1所示 平行金屬導(dǎo)軌寬度為d 一部分軌道水平 左端接電阻R 傾斜部分與水平面成 角 導(dǎo)軌電阻不計 且置于垂直斜面向上的勻強磁場中 磁感應(yīng)強度為B 現(xiàn)將一質(zhì)量為m長度也為d的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌頂端由靜止釋放 直至滑到水平部分 導(dǎo)體棒下滑到水平部分之前已經(jīng)勻速 滑動過程中與導(dǎo)軌保持良好接觸 重力加速度為g 不計一切摩擦力 導(dǎo)體棒接入回路電阻為r 則 整個下滑過程中 圖9 3 1 D 重力和安培力對導(dǎo)體棒所做的功大于導(dǎo)體棒獲得的動能 答案 AC 考點1 電磁感應(yīng)中的電路問題 重點歸納1 電源及電路 1 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體相當于電源 這部分導(dǎo)體的電阻相當于電源內(nèi)阻 2 外電路由電阻 電容等電學(xué)元件組成 2 解決電磁感應(yīng)電路問題的基本步驟 1 分清內(nèi)外電路及電路結(jié)構(gòu) 2 求解感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的大小和方向 3 結(jié)合閉合電路歐姆定律 串并聯(lián)電路知識和電功率 焦 耳定律等關(guān)系式聯(lián)立求解 典例剖析 例1 在同一水平面的光滑平行導(dǎo)軌P Q相距l(xiāng) 1m 導(dǎo)軌左端接有如圖9 3 2所示的電路 其中水平放置的平行板電容器兩極板M N間距離d 10mm 定值電阻R1 R2 12 R3 2 金屬棒ab電阻r 2 其他電阻不計 磁感應(yīng)強度B 0 5T的勻強磁場豎直穿過導(dǎo)軌平面 當金屬棒ab沿導(dǎo)軌向右勻速運動時 質(zhì)量m 1 10 14kg 帶電荷量q 1 10 14C的微粒恰好懸浮于電容器兩極板之間靜止不動 取g 10m s2 在整個運動過程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好 且運動速度保持恒定 試求 圖9 3 2 1 勻強磁場的方向 2 ab兩端的路端電壓 3 金屬棒ab運動的速度 思維點撥 金屬棒ab相當于電源 電路中各元件怎樣連接 串 并聯(lián) 決定了電壓的分配和微粒的運動狀態(tài) 解 1 負電荷受到重力和電場力作用而處于靜止狀態(tài) 因重力方向豎直向下 則電場力方向豎直向上 故M板帶正電 ab棒向右切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ab棒等效于電源 其a端為電源的正極 由右手定則可判斷 磁場方向豎直向下 2 負電荷受到重力和電場力而靜止 有 ab棒兩端的電壓為 3 由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動勢為E Blv由閉合電路歐姆定律得E Uab Ir 0 5V 備考策略 解決電磁感應(yīng)中的電路問題 必須按題意畫出等效電路圖 將感應(yīng)電動勢等效為電源電動勢 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體的電阻等效為內(nèi)阻 求電動勢要用電磁感應(yīng)定律 其余問題為電路分析及閉合電路歐姆定律的應(yīng)用 考點練透 1 2015年河北衡水中學(xué)調(diào)研 如圖9 3 3甲所示 兩根足夠長 電阻不計的光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為L1 1m 導(dǎo)軌平面與水平面成 30 角 上端連接阻值R 1 5 的電阻 質(zhì)量為m 0 2kg 阻值r 0 5 的勻質(zhì)金屬棒ab放在兩導(dǎo)軌上 距離導(dǎo)軌最上端為L2 4m 棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸 整個裝置處于一勻強磁場中 該勻強磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直 磁感應(yīng)強度大小隨時間變化的情況如圖乙所示 g 10m s2 甲 乙 圖9 3 3 1 保持ab棒靜止 在0 4s內(nèi) 通過金屬棒ab的電流多大 方向如何 2 為了保持ab棒靜止 需要在棒的中點施加一平行于導(dǎo)軌平面的外力F 求當t 2s時 外力F的大小和方向 3 5s后 撤去外力F 金屬棒將由靜止開始下滑 這時用電壓傳感器將R兩端的電壓即時采集并輸入計算機 在顯示器顯示的電壓達到某一恒定值后 記下該時刻棒的位置 測出該位置與棒初始位置相距2 4m 求金屬棒此時的速度及下滑到該位置的過程中在電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱 解 1 在0 4s內(nèi) 由法拉第電磁感應(yīng)定律得 代入數(shù)據(jù) 解得E 1V 由a b 2 當t 2s時 ab棒受到沿斜面向上的安培力F安 BIL1 0 5 0 5 1N 0 25N 對ab棒受力分析 由平衡條件得F F安 mgsin30 0F mgsin30 F安 0 2 10 0 5 0 25 N 0 75N 方向沿導(dǎo)軌斜面向上 3 ab棒沿導(dǎo)軌下滑切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 有E B L1v 棒下滑至速度穩(wěn)定時 棒兩端電壓也恒定 此時ab棒受力平衡 有mgsin30 B I L1 2 2014年新課標卷 半徑分別為r和2r的同心圓形導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi) 一長為r 質(zhì)量為m且質(zhì)量分布均勻的直導(dǎo)體棒AB置于圓導(dǎo)軌上面 BA的延長線通過圓導(dǎo)軌中心O 裝置的俯視圖如圖9 3 4所示 整個裝置位于一勻強磁場中 磁感應(yīng)強度的大小為B 方向豎直向下 在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點和外圓導(dǎo)軌的D點之間接有一阻值為R的電阻 圖中未畫出 直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度 繞O逆時針勻速轉(zhuǎn)動 在轉(zhuǎn)動過程中始終與導(dǎo)軌保持良好接觸 設(shè)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為 導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌的電阻均可忽略 重力加速度大小為g 求 1 通過電阻R的感應(yīng)電流的方向和大小 2 外力的功率 圖9 3 4解 1 根據(jù)右手定則 得導(dǎo)體棒AB上的電流方向為B A 故電阻R上的電流方向為C D 而vA r vB 2 r 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 導(dǎo)體棒AB上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E Brv 2 根據(jù)能量守恒定律 外力的功率P等于安培力與摩擦力的功率之和 即P BIrv fv 而f mg 考點2 電磁感應(yīng)中的力與能的分析 重點歸納1 運動的動態(tài)分析2 能量轉(zhuǎn)化特點 3 安培力在不同情況下的作用 1 當磁場不動 導(dǎo)體做切割磁感線的運動時 導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運動方向相反 安培力對導(dǎo)體做負功 機械能轉(zhuǎn)化為電能 進而轉(zhuǎn)化為焦耳熱 2 當導(dǎo)體開始時靜止 磁場 磁體 運動時 導(dǎo)體所受安培力與導(dǎo)體運動方向相同 安培力做正功 電能轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的機械能 4 電磁感應(yīng)中的力學(xué)分析 1 受力分析時應(yīng)特別注意伴隨感應(yīng)電流而產(chǎn)生的安培力 在勻強磁場中勻速運動的導(dǎo)體受到的安培力恒定 變速運動的導(dǎo)體受到的安培力隨速度變化而變化 2 分析時要畫好受力分析圖 抓住a 0時 速度v達到 最大值的特點 5 綜合問題分析思路 1 電磁學(xué)部分思路 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的部分電路等效為電源 如果在一個電路中切割磁感線的是幾部分互相聯(lián)系的電路 則可等效成電源的串并聯(lián) 分析內(nèi)外電路結(jié)構(gòu) 應(yīng)用閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律確定電學(xué)量之間的關(guān)系 2 力學(xué)部分思路 分析通電導(dǎo)體的受力情況及力的效果 應(yīng)用牛頓運動定律 動量定理 動量守恒定律 動能定理等規(guī)律確定力學(xué)量之間的關(guān)系 6 功能問題分析方法 1 用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動勢的 大小和方向 2 畫出等效電路 求回路中電阻消耗電功率的表達式 3 分析導(dǎo)體機械能的變化 用能量守恒關(guān)系得到機械功率 的改變與回路中電功率的改變所滿足的方程 典例剖析 例2 2015年湖南懷化期末 如圖9 3 5所示 光滑平行的金屬導(dǎo)軌MN和PQ 間距L 1 0m 與水平面之間的夾角 30 勻強磁場磁感應(yīng)強度B 2 0T 垂直于導(dǎo)軌平面向上 MP間接有阻值R 2 0 的電阻 其他電阻不計 質(zhì)量m 2 0kg的金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置 用變力F沿導(dǎo)軌平面向上拉金屬桿ab 若金屬桿ab以恒定加速度a 2m s2 由靜止開始做勻變速運動 則 g 10m s2 1 在5s內(nèi)平均感應(yīng)電動勢是多少 2 第5s末 回路中的電流多大 3 第5s末 作用在ab桿上的外力F多大 圖9 3 5 思維點撥 由題可知 金屬桿做勻加速運動 由法拉第電磁感應(yīng)定律可得平均感應(yīng)電動勢 求出5s的速度 由E BLv求出瞬時感應(yīng)電動勢 進而求出5s末的電流和安培力 再根據(jù)牛頓第二定律即可求解 2 5s末的瞬時速度為v at5s末的感應(yīng)電動勢為E BLv 聯(lián)立解得I 10A 3 由安培力公式得F安 BIL由牛頓第二定律 得F F安 mgsin30 ma聯(lián)立解得F 34N 考點練透 3 2015年江蘇徐州一模 如圖9 3 6所示 相距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌 MN PQ與水平面的夾角為 N Q兩點間接有阻值為R的電阻 整個裝置處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 磁場方向垂直導(dǎo)軌平面向下 將質(zhì)量為m 阻值也為R的金屬桿ab垂直放在導(dǎo)軌上 桿ab由靜止釋放 下滑距離x時達到最大速度 重力加速度為g 導(dǎo)軌電阻不計 桿與導(dǎo)軌接觸良好 求 圖9 3 6 1 桿ab下滑的最大加速度 2 桿ab下滑的最大速度 3 上述過程中 桿上產(chǎn)生的熱量 解 1 設(shè)ab桿下滑到某位置時速度為v 則此時桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E BLv 桿所受的安培力F BIL 當速度v 0時 桿的加速度最大 最大加速度a gsin 方向沿導(dǎo)軌平面向下 模型 滑桿模型 電磁感應(yīng)中的滑桿問題是綜合性問題 涉及電磁感應(yīng) 安培力 牛頓運動定律和動量定理 動量守恒定律及能量守恒定律等 是近幾年高考考查的熱點 滑桿模型中的導(dǎo)軌一般都是平行導(dǎo)軌 重點都是在臨界條件下或設(shè)定的條件下對桿進行受力分析 單桿滑桿模型中 導(dǎo)軌有水平的 有傾斜的 也有豎直的 它們都可和其他電學(xué)元件組成電路考查 導(dǎo)軌豎直時 受力主要分析豎直方向的重力 摩擦力 安培力等 能量方面要注意重力勢能與滑桿動能 其他能量的關(guān)系 導(dǎo)軌傾斜時主要注意桿在斜面上的受力分析 雙桿導(dǎo)體棒的滑動問題 由于運動特點和受力特點比較復(fù) 雜 一般只從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度分析求解 滑桿模型問題的物理情境變化空間大 題目綜合性強 是高考的熱點和難點 在學(xué)習掌握解題時 可做一些不同類型 不同變化點組合的題目 注意要不斷地總結(jié) 并可主動變換題設(shè)條件進行研究學(xué)習 這樣不僅有利于快速深入地掌握解題技巧 還能熟悉滑桿的各類變換 把握精髓 觸類旁通 同時掌握解決相類似模型問題的能力 例3 如圖9 3 7所示 在磁感應(yīng)強度大小為B 方向垂直向上的勻強磁場中 有一上 下兩層均與水平面平行的U型光滑金屬導(dǎo)軌 在導(dǎo)軌面上各放一根完全相同的質(zhì)量為m的勻質(zhì)金屬桿A1和A2 開始時兩根金屬桿位于同一豎起面內(nèi)且桿與軌道垂直 設(shè)兩導(dǎo)軌面相距為H 導(dǎo)軌寬為L 導(dǎo)軌足夠長且電阻不計 金屬桿單位長度的電阻為r 現(xiàn)有一質(zhì)量為0 5m的不帶電小球以水平向右的速度v0撞擊桿A1的中點 撞擊后小球反彈落到下層面上的C點 C點與桿A2初始位置相距為s 求 1 回路內(nèi)感應(yīng)電流的最大值 2 整個運動過程中感應(yīng)電流最多產(chǎn)生了多少熱量 3 當桿A2與桿A1的速度比為1 3時 A2受到的安培力大 小 圖9 3 7 審題突破 在碰撞中動量守恒 結(jié)合小球的平拋運動 可求得A1碰撞后的速度 此時感應(yīng)電流最大 往后速度會減小 系統(tǒng)在平衡后 不一定靜止 即電流為零后停止產(chǎn)生熱量 可通過能量守恒求得產(chǎn)生的總熱量 碰撞后A1 A2兩桿任何時刻電流大小相等 方向相反 根據(jù)F安培 BIL 可知兩桿組成的系統(tǒng)所受合外力為零 動量守恒 可求出兩桿的速度大小 進而求出感應(yīng)電流和所受安培力 題外拓展 如果磁場方向突然變成豎直向下 大小不變 那么兩桿的最終狀態(tài)會是怎么樣 整個過程中產(chǎn)生的熱量又是多少 如果將一個電壓表接在導(dǎo)軌兩邊 兩桿之間的導(dǎo)軌 最終其讀數(shù)是多少 觸類旁通 2014年江蘇卷 如圖9 3 8所示 在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌 導(dǎo)軌間距為L 長為3d 導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為 在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂層 勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B 方向與導(dǎo)軌平面垂直 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放 在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運動 并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端 導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直 且僅與涂層間有摩擦 接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R 其他部分的電阻均不計 重力加速度為g 求 圖9 3 8 1 導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù) 2 導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小v 3 整個運動過程中 電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q 解 1 在絕緣涂層上導(dǎo)體棒受力平衡有mgsin mgcos 解得 tan 2 在光滑導(dǎo)軌上感應(yīng)電動勢E BLv 安培力F安 BIL