電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用(二)

1、第4節(jié)電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用(二),1感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受到 的作用，因此電磁感應(yīng)問題往往跟 學(xué)問題聯(lián)系在一起解決這類問題需要綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律(法拉第電磁感應(yīng)定律)及力學(xué)中的有關(guān)規(guī)律(牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理等)，分析時(shí)要特別注意 、速度v達(dá)到 時(shí)的特點(diǎn),安培力,力,a0,最大值,一、電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題,2運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析,1電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是 轉(zhuǎn)化成電能 2感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受安培力，外力克服安培力 ，將 轉(zhuǎn)化為 ，電流做功再將電能轉(zhuǎn)化為 3電流做功產(chǎn)生的熱量用焦耳定律計(jì)算，公式為Q .,其它形式的能,做功,其它形式的能,電能,其它形式的能,I2Rt,二、電磁感應(yīng)中的能量問題,題型一：電磁

2、感應(yīng)與動(dòng)力學(xué)的綜合,例1 (2012天津)如圖所示，一對(duì)光 滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水 平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距L0.5 m，左 端接有阻值R0.3 的電阻，一質(zhì)量m0.1 kg，電阻r0.1 的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，整個(gè)裝置置于豎直向上的均強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.4 T棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a2 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)棒的位移x9 m時(shí)撤去外力，棒繼續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離后 停下來，已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱比Q1Q221.導(dǎo)軌足夠長且電阻不計(jì)，棒在運(yùn)動(dòng)過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸求：,(1)棒在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中，通過電阻R的電荷量q； (2)撤

3、去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2； (3)外力做的功WF.,【方法與知識(shí)感悟】電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題分析 1兩種狀態(tài)處理 (1)導(dǎo)體處于平衡態(tài)靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 處理方法：根據(jù)平衡條件合外力等于零列式分析 (2)導(dǎo)體處于非平衡態(tài)加速度不為零 處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析,元貝駕考 元貝駕考2016科目一 科目四駕考寶典網(wǎng) 駕考寶典2016科目一 科目四,2電磁感應(yīng)問題中兩大研究對(duì)象及其相互制約關(guān)系,例2 電阻可忽略的光滑平行金屬導(dǎo)軌長S1.15 m，兩導(dǎo)軌間距L0.75 m，導(dǎo)軌傾角為30，導(dǎo)軌上端ab接一阻值R1.5 的電阻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.8 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直

4、軌道平面向上阻值r0.5 ，質(zhì)量m0.2 kg的金屬棒與軌道垂直且接觸良好，從軌道上端ab處由靜止開始下滑至底端，在此過程中金屬棒產(chǎn)生的焦耳熱Qr0.1 J(g取10 m/s2)求： (1)金屬棒在此過程中克服安培力做的功； (2)金屬棒下滑速度v2 m/s時(shí)的加速度a；,題型二：電磁感應(yīng)與能量的綜合,【方法與知識(shí)感悟】電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化問題 1電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化特點(diǎn) 外力克服安培力做功，把機(jī)械能或其它能量轉(zhuǎn)化成電能；感應(yīng)電流通過電路做功又把電能轉(zhuǎn)化成其它形式的能(如內(nèi)能)這一功能轉(zhuǎn)化途徑可表示為：,2電能求解思路主要有三種 (1)利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力

5、所做的功 (2)利用能量守恒求解：其它形式的能的減少量等于產(chǎn)生的電能 (3)利用電路特征來求解：通過電路中所消耗的電能來計(jì)算,例3 如圖所示，一矩形金屬框架 與水平面成角37，寬L 0.4 m，上、下兩端各有一個(gè)電阻 R02 ，框架的其它部分電阻 不計(jì)，框架足夠長，垂直于金屬框架平面的方向有一向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.0 Tab為金屬桿，與框架良好接觸，其質(zhì)量m0.1 kg，電阻r1.0 ，桿與框架的動(dòng)摩擦因數(shù)0.5.桿由靜止開始下滑，在速度達(dá)到最大的過程中，上端電阻R0產(chǎn)生的熱量Q00.5 J(g取10 m/s2，sin370.6，cos370.8)求： (1)流過R0的最大電流； (

6、2)從開始到速度最大的過程中ab桿沿斜面下滑的距離； (3)在時(shí)間1 s內(nèi)通過ab桿某橫截面的最大電荷量,BD,2如圖所示，豎直放置的兩根平 行金屬導(dǎo)軌之間接有定值電阻R， 質(zhì)量不能忽略的金屬棒與兩導(dǎo)軌 始終保持垂直并良好接觸且無摩 擦，棒與導(dǎo)軌的電阻均不計(jì)，整 個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的恒力F作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi)，力F做的功與安培力做的功的代數(shù)和等于( ) A棒的機(jī)械能增加量 B棒的動(dòng)能增加量 C棒的重力勢(shì)能增加量 D電阻R上放出的熱量,A,【解析】棒加速上升時(shí)受到重力，拉力F及安培力根據(jù)機(jī)械能守恒的條件可知力F與安培力做的功的代數(shù)和等于棒的機(jī)械能的增

7、加量，A選項(xiàng)正確,3(2011全國) 如圖，兩根足夠 長的金屬導(dǎo)軌ab、cd豎直放置，導(dǎo) 軌間距離為L電阻不計(jì)在導(dǎo)軌上 端并接兩個(gè)額定功率均為P、電 阻均為R的小燈泡整個(gè)系統(tǒng)置 于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與導(dǎo)軌所在平面垂直現(xiàn)將一質(zhì)量為m、電阻可以忽略的金屬棒MN從圖示位置由靜止開始釋放金屬棒下落過程中保持水平，且與導(dǎo)軌接觸良好已知某時(shí)刻后兩燈泡保持正常發(fā)光重力加速度為g.求： (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?(2)燈泡正常發(fā)光時(shí)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速率,1如圖所示，光滑的“U”型金 屬導(dǎo)體框豎直放置，質(zhì)量為m 的金屬棒MN與框架接觸良好 磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相反，但均垂直于框架平面

8、，分別處在abcd和cdef區(qū)域現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒MN，當(dāng)金屬棒進(jìn)入磁場(chǎng)B1區(qū)域后，恰好做勻速運(yùn)動(dòng)以下說法中正確的有( ) A若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后將加速下滑 B若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后仍將保持勻速下滑,BCD,【鞏固基礎(chǔ)】,C若B2B1，金屬棒進(jìn)入B2區(qū)域后可能先減速后勻速下滑,【解析】金屬棒從B1進(jìn)入B2后速度不能瞬時(shí)變化，由于磁場(chǎng)方向發(fā)生了變化，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向發(fā)生了變化，但安培力的方向不變,*2.如圖所示，水平放置的 光滑平行金屬導(dǎo)軌上有一 質(zhì)量為m的金屬棒ab.導(dǎo)軌 的一端連接電阻R，其他電阻均不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面向下，金屬棒ab

9、在一水平恒力F作用下由靜止開始向右運(yùn)動(dòng)則( ) A隨著ab運(yùn)動(dòng)速度的增大，其加速度也增大 B外力F對(duì)ab做的功等于電路中產(chǎn)生的電能 C當(dāng)ab做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，外力F做功的功率等于電路中的電功率 D無論ab做何種運(yùn)動(dòng)，它克服安培力做的功一定等于電路中產(chǎn)生的電能,CD,3風(fēng)速儀的簡易裝置如圖甲所示在風(fēng)力作用下，風(fēng)杯帶動(dòng)與其固定在一起的永磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈中的感應(yīng)電流隨風(fēng)速v的變化而變化風(fēng)速為v1時(shí)，測(cè)得線圈中的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示；若風(fēng)速變?yōu)関2，且v2v1，則感應(yīng)電流的峰值Im、周期T和電動(dòng)勢(shì)E的變化情況是( ),A,AIm變大，T變小 BIm變大，T不變 CIm變小，T變小 DIm不變，

10、E變大,*4.如圖所示，邊長為L的正方形金 屬線框在水平恒力F作用下運(yùn)動(dòng)， 穿過方向垂直紙面向外的有界勻強(qiáng) 磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度為d(dL) 已知ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線框的加速度恰好為零則線框進(jìn)入磁場(chǎng)和穿出磁場(chǎng)的過程相比較，有( ) A產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向和大小均相同 B受到的安培力方向相反 C進(jìn)入磁場(chǎng)過程中通過ab的電荷量等于穿出磁場(chǎng)過程中通過ab的電荷量 D進(jìn)入磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的熱量少于穿出磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的熱量,CD,【提升能力】,*5.如圖所示，質(zhì)量為m，邊長為L的正方形線框從某一高度自由落下后，通過一高度也為L的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，不計(jì)空氣阻力，則線框通過磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生的焦耳熱( ) A可能大

11、于2mgL B可能等于2mgL C可能小于2mgL D可能為零,ABC,D,【解析】從能量守恒的角度可知，A、B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；有磁場(chǎng)時(shí)導(dǎo)體受到的安培力沿斜面向下，當(dāng)速度為零時(shí)，所受安培力為零，D選項(xiàng)正確,7如圖所示，水平地面上方矩形區(qū) 域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩 個(gè)邊長相等的單匝閉合正方形線圈和 ，分別用相同材料、不同粗細(xì)的導(dǎo)線 繞制(為細(xì)導(dǎo)線)、兩線圈在距磁場(chǎng)上 界面h高處由靜止開始自由下落，再進(jìn)入磁場(chǎng)，最后落到地面運(yùn)動(dòng)過程中，線圈平面始終保持在豎直平面內(nèi)且下邊緣平行于磁場(chǎng)上邊界設(shè)線圈、落地時(shí)的速度大小分別為v1、v2，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量分別為Q1、Q2.不計(jì)空氣阻力，則( )

12、 Av1Q2 Dv1v2，Q1Q2,D,8如圖甲所示，金屬棒MN放 在曲線金屬導(dǎo)軌ab和直線金屬 導(dǎo)軌cd之間(不計(jì)一切摩擦及金 屬棒和兩導(dǎo)軌的電阻)圖中曲 線導(dǎo)軌ab被彎成正弦(或余弦)曲 線兩導(dǎo)軌右端連有一定值電阻R，整個(gè)裝置水平置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中在金屬棒MN上施加一垂直于MN的水平作用力F，使MN始終垂直于直線導(dǎo)軌做勻速直線運(yùn)動(dòng)圖中P為金屬棒MN與曲線導(dǎo)軌的接觸點(diǎn)，圖中Y為金屬棒上一點(diǎn)，且MY的長度恰等于正弦曲線極值點(diǎn)之間的高度差，金屬棒MN運(yùn)動(dòng)過程中與導(dǎo)軌接觸良好當(dāng)金屬棒MN處在兩導(dǎo)軌左端虛線所在位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，則對(duì)圖乙判斷正確的是( ),Aa為電阻兩端電壓隨時(shí)間變化關(guān)系的URt

13、圖線 Bb線為金屬棒MN兩點(diǎn)電勢(shì)差隨時(shí)間變化關(guān)系的UMNt圖線 Cc為金屬棒PN兩點(diǎn)電勢(shì)差隨時(shí)間變化關(guān)系的UPNt圖線 Dd為金屬棒MY兩點(diǎn)電勢(shì)差隨時(shí)間變化關(guān)系的UMYt圖線,【解析】因?yàn)橛行懈铋L度隨時(shí)間變化，故UR不可能為恒定值，A錯(cuò)因?yàn)镸N的電阻不計(jì)，故UMNBlv(l為MN之長)且MN，故UMN0，B錯(cuò)；設(shè)My中點(diǎn)到N之長為h，UPN為U1Bvh的恒定值和U2Acost的交變值的代數(shù)和，相當(dāng)于將U2t圖象的橫軸向U軸負(fù)方向平移U1后，即得UPN的圖象如圖c或相當(dāng)于將，U2的圖象向U軸正方向平移U1后，即得到UPN的圖象如圖c，C對(duì)，UMyBvLMy為恒定值，D錯(cuò),A,10如圖所示，MN

14、、PQ為相 距L0.2 m的光滑平行導(dǎo)軌， 導(dǎo)軌平面與水平面夾角為 30，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B1 T、方向垂直于導(dǎo)軌平面 向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在兩導(dǎo)軌的M、P兩端接有R 2 的定值電阻，回路其余電阻不計(jì)一質(zhì)量為m0.2 kg的導(dǎo)體棒垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好今平行于導(dǎo)軌對(duì)導(dǎo)體棒施加一作用力F，使導(dǎo)體棒從ab位置由靜止開始沿導(dǎo)軌向下勻加速滑到底端，滑動(dòng)過程中導(dǎo)體棒始終垂直于導(dǎo)軌，加速度大小為a4 m/s2，經(jīng)時(shí)間t1 s滑到cd位置，從ab到cd過程中電阻發(fā)熱為Q0.1 J，g取10 m/s2.求： (1)到達(dá)cd位置時(shí)，對(duì)導(dǎo)體棒施加的作用力 (2)導(dǎo)體棒從ab滑到cd過程中作用力F所做的功

15、,11(2012廣東)如圖所示，質(zhì)量為M的導(dǎo)體棒ab，垂直放在相距為l的平行光滑金屬軌道上導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，并處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直與導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，左側(cè)是水平放置、間距為d的平行金屬板R和Rx分別表示定值電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值，不計(jì)其他電阻,(1)調(diào)節(jié)RxR，釋放導(dǎo)體棒，當(dāng)棒沿導(dǎo)軌勻速下滑時(shí)，求通過棒的電流I及棒的速率v. (2)改變Rx，待棒沿導(dǎo)軌再次勻速下滑后，將質(zhì)量為m、帶電量為q的微粒水平射入金屬板間，若它能勻速通過，求此時(shí)的Rx.,12如圖甲所示，光滑絕緣水平面上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)以虛線MN為左邊界，MN的左側(cè)有一質(zhì)量m0.1 kg，bc邊長L10.2 m，電阻R