- 2021-05-11 发布 |
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文档介绍
【物理】2019届一轮复习人教版电磁感应规律的综合应用学案
年 级 高三 物理 版 本 鲁教版 内容标题 电磁感应规律的综合应用 【本讲教育信息】 一. 教学内容: 电磁感应规律的综合应用 与本章知识有关的综合题主要表现在以下几方面: 1. 电磁感应问题与电路问题的综合。电磁感应提供电路中的电源,解决这类电磁感应中的电路问题,一方面要考虑电磁学中的有关规律如右手定则、法拉第电磁感应定律等;另一方面还要考虑电路中的有关规律,如欧姆定律、串并联电路的性质等,有时可能还会用到力学的知识。 2. 电磁感应中切割磁感线的导体要运动,感应电流又要受到安培力的作用,因此,电磁感应问题又往往和力学问题联系在一起,解决电磁感应中的力学问题,一方面要考虑电磁学中的有关规律;另一方面还要考虑力学中的有关规律,要将电磁学和力学的知识综合起来应用。 二. 热点透析 1. 关于电磁感应的判断 (发电机——电动机模型、涡流的影响,磁悬浮列车,磁单极,超导体等) 4. 变压器和电能输送问题 三. 方法解析 1. 电磁感应中的电路分析。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,则该导体或回路就相当于电源。将它们接上电容器可以使电容器充电;将它们接上电阻或用电器可以对用电器供电。 2. 电磁感应中的动力学分析和能量分析 切割磁感线的导体作为一个电磁学研究对象有感应电动势、感应电流、两端电压、电流做功、电阻发热等问题;作为一个力学对象有受力、加速度、动能、能量及其变化等问题;所以电磁感应和力学知识发生联系是必然的。由于这类问题中物理过程比较复杂,状态变化过程中变量比较多,关键是能抓住状态变化过程中变量“变”的特点和规律,从而确定状态变化过程中的临界点,求解时注意从动量、能量的观点出发,运用相应的规律进行分析和解答。 【典型例题】 1、电磁感应中的电路问题 例1. 如图所示,光滑导轨倾斜放置,其下端连接一个灯泡,匀强磁场垂直于导轨所在平 面,当ab棒下滑到稳定状态时,小灯泡获得的功率为P0,除灯泡外,其他电阻不计,要使稳定状态灯泡的功率变为2P0,下列措施正确的是 A. 换一个电阻为原来一半的灯泡 B. 把磁感应强度B增为原来的2倍 C. 换一根质量为原来的倍的金属棒 D. 把导轨间的距离增大为原来的倍 解析: 解答这类问题的基本思路是:先求出灯泡功率P与其他量的关系式,然后再讨论各选项是否正确。金属棒在导轨上下滑的过程中,受重力mg、支持力FN和安培力F=IlB三个力的作用。其中安培力F是磁场对棒ab切割磁感线所产生的感应电流的作用力,它的大小与棒的速度有关。当导体棒下滑到稳定状态时(匀速运动)所受合外力为零,则有mgsinθ=IlB。此过程小灯泡获得稳定的功率P=I2R。由上两式可得P=m2g2Rsin2θ/B2l2。要使灯泡的功率由P0变为2P0,根据上式讨论可得,题目所给的四个选项只有C是正确的。 2、电磁感应和电路结合的能量问题 例2. 如图所示,两根相距d=0.20 m的平行金属长导轨,固定在同一水平面内,并处于竖直方向的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.20 T。导轨上面横放着两根金属细杆,构成矩形回路,每根金属细杆的电阻r=0.25 Ω,回路中其余部分的电阻可不计。已知两金属细杆在平行于导轨的拉力作用下,沿导轨朝相反方向匀速平移,速度大小都是v=5.0 m/s。不计导轨上的摩擦。 (1)求作用于每根金属细杆的拉力的大小; (2)求两金属杆在间距增加ΔL=0.40 m的滑动过程中共产生的热量。 解析:(1)设匀强磁场方向竖直向上。在两金属杆匀速平移的过程中,等效电路如图所示,即两杆可以等效为两个串联的同样的电源(E0)。根据能量转化和守恒定律,当杆匀速运动时,两拉力(F)的机械总功率等于闭合电路的热功率,即 所以,每根金属杆受到的拉力大小为 (2)在两金属杆增加距离ΔL的过程中,产生的热量就等于两拉力所做的功,即 Q=2FΔL/2=FΔL=1.28×10-2 J 3、电磁感应中的多过程问题 例3. 一个质量m=0.1 g的正方形金属框总电阻R=0.5Ω,金属框放在表面是绝缘且光滑的斜面顶端,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BB′,设金属框在下滑时即时速度为v,与此对应的位移为S,那么v2-s图象如图乙所示,已知匀强磁场方向垂直斜面向上。试问: 甲 乙 (1)分析v2-s图象所提供的信息,计算出斜面倾角 q 和匀强磁场宽度d。 (2)匀强磁场的磁感强度多大?金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少? (3)现用平行斜面沿斜面向上的恒力F作用在金属框上,使金属框从斜面底端BB’静止开始沿斜面向上运动,匀速通过磁场区域后到达斜面顶端。试计算恒力F做功的最小值。 解析:⑴本题的关键信息隐含在图像中,只有读懂两幅图,才能够掌握运动过程。 从s=0到s=1.6米的过程中,由公式v2=2as,得 该段图线斜率a=5m/s2, 根据牛顿第二定律 mgsinθ=ma 从线框下边进磁场到上边出磁场,均做匀速运动(看图得出) ∴ ⑵线框通过磁场时, ∴ t =t1+t2+t3=0.8+0.25+0.2=1.25秒 ⑶在未进入磁场时 F-mgsinθ=ma2 进入磁场F=mgsinθ+F安, ∴F安=ma2 ∴最小值 焦 4、电磁感应中的双电源问题 例4. 如图所示,两根完全相同的“V”字形导轨OPQ与 MN倒放在绝缘水平面上,两导轨都在竖直平面内且正对、平行放置,其间距为L,电阻不计。两条导轨足够长,所形成的两个斜面与水平面的夹角都是α. 两个金属棒ab和a'b'的质量都是m,电阻都是R,与导轨垂直放置且接触良好. 空间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B. (1)如果两条导轨皆光滑,让a'b'固定不动,将ab释放,则ab达到的最大速度是多少? (2)如果将ab与a'b'同时释放,它们所能达到的最大速度分别是多少? 解析:(1)ab运动后切割磁感线,产生感应电流,而后受到安培力,当受力平衡时,加速度为0,速度达到最大,受力情况如图所示. 则: mgsinα=F安cosα 又F安=BIL I=E感/2R E感=BLvmcosα 联立上式解得 (2)若将ab、a'b'同时释放,因两边情况相同,所以达到的最大速度大小相等,这时ab、a'b'都产生感应电动势而且是串联. ∴mgsinα=F安′cosα F安′=BI′L ∴ 5、电磁感应和实际生活的结合问题 例5. 磁悬浮列车的原理如图所示,在水平面上,两根平行直导轨间有竖直方向且等间距的匀强磁场B1,B2,导轨上有金属框abcd,金属框的面积与每个独立磁场的面积相等,当匀强磁场B1,B2同时以v沿直线导轨向右运动时,金属框也会沿直线导轨运动,设直导轨间距为L=0.4m,B1=B2=1T,磁场运动速度为v=5m/s,金属框的电阻为R=2欧姆。试求: (1)若金属框不受阻力时,金属框如何运动? (2)当金属框始终受到f=1N的阻力时,金属框最大速度是多少? (3)当金属框始终受到1N的阻力时,要使金属框维持最大速度,每秒钟需要消耗多少能量?这些能量是提供的? 解:(1)此题的难点在于存在交变磁场。首先分析 ac和bd边产生的感应电动势,由于磁场方向相反,且线圈相对于磁场向左运动,因此,在如图位置的电动势方向相同(逆时针),根据左手定则,ac和bd边受到的安培力都向右。所以金属框做变加速运动,最终做匀速直线运动。 (2)当金属框受到阻力,最终做匀速直线运动时,阻力与线框受到的安培力平衡。设此时金属框相对于磁场的速度为v相 所以金属框相对于地面的速度为 (3)要使金属框维持最大速度, 必须给系统补充能量:一方面,线框内部要产生焦耳热;另一方面,由于受到阻力,摩擦生热。设每秒钟消耗的能量为E,这些能量都是由磁场提供。 由于摩擦每秒钟产生的热量为Q1: 每秒钟内产生的焦耳热为Q2: 所以 这些能量都是由磁场提供。查看更多