《2022年高三物理復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題導(dǎo)學(xué)案》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2022年高三物理復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題導(dǎo)學(xué)案(5頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、2022年高三物理復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)中的能量問(wèn)題導(dǎo)學(xué)案一、課程標(biāo)準(zhǔn)與考綱解讀 1、課程標(biāo)準(zhǔn):(1)收集資料,了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過(guò)程,體會(huì)人類(lèi)探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn),理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。舉例說(shuō)明電磁感應(yīng)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。(3)通過(guò)探究,理解楞次定律。理解法拉第電磁感應(yīng)定律。2、考綱要求:電磁感應(yīng)現(xiàn)象 級(jí)要求磁通量 級(jí)要求法拉第電磁感應(yīng)定律 級(jí)要求3、解讀:會(huì)分析電磁感應(yīng)問(wèn)題中的能量轉(zhuǎn)化,并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算4、近幾年高考試題中的分布情況年份題號(hào)題型分值考查內(nèi)容xx年21題選擇題6分電磁感應(yīng)(右手定則)xx年19題選擇題6分電磁感應(yīng)(法拉第電磁感應(yīng)定律)xx年17題選
2、擇題6分電磁感應(yīng)(圖像)xx年25題計(jì)算題19分電磁感應(yīng)(動(dòng)力學(xué))xx年18題選擇題6分電磁感應(yīng)(圖像)xx年19題選擇題6分電磁感應(yīng)(產(chǎn)生)二、考點(diǎn)精析 電磁感應(yīng)中能量問(wèn)題的求解思路例1、(基本模型)如圖,水平金屬導(dǎo)軌寬為L(zhǎng)(電阻不計(jì)),左端連一定值電阻R,空間存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m的金屬棒,以初速度v0沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)。試問(wèn):若導(dǎo)軌光滑,則金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中整個(gè)回路中產(chǎn)生的總的焦耳熱是多少? 上一問(wèn)中,若金屬棒的電阻為r,則金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中定值電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱是多少? 若導(dǎo)軌與金屬棒之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,金屬棒滑行S距離后速度減為零,則此過(guò)程中整個(gè)回路中產(chǎn)生的
3、總的焦耳熱是多少?例2、(基本模型)如圖,水平光滑金屬導(dǎo)軌寬為L(zhǎng)(電阻不計(jì)),左端連一定值電阻R,空間存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒放在導(dǎo)軌上,與之接觸良好。試問(wèn): 若棒在外力F作用下以速度v0勻速向右運(yùn)動(dòng),求滑行距離S過(guò)程中回路中產(chǎn)生的總的焦耳熱是多少? 若棒在恒力F作用下由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)距離S后開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng),試求此過(guò)程中定值電阻R產(chǎn)生的焦耳熱。(拓展:如果棒與導(dǎo)軌之間有摩擦又如何?)學(xué)法指導(dǎo)1、過(guò)程分析:電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過(guò)程,實(shí)際上就是其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程。這一過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化是通過(guò)安培力做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的:克服安培力做了多少
4、功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能即焦耳熱(外電路是純電阻電路)2、求解思路:求解焦耳熱的三種方法:焦耳定律: (感應(yīng)電流恒定)功能關(guān)系:能量守恒定律:三、真題演練1. (xx安徽16)如圖所示,足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌傾斜放置,傾角為37,寬度為0.5 m,電阻忽略不計(jì),其上端接一小燈泡,電阻為1 .一導(dǎo)體棒MN垂直導(dǎo)軌放置,質(zhì)量為0.2 kg,接入電路的電阻為1 ,兩端與導(dǎo)軌接觸良好,與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5.在導(dǎo)軌間存在著垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8 T將導(dǎo)體棒MN由靜止釋放,運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,小燈泡穩(wěn)定發(fā)光,此后導(dǎo)體棒MN的運(yùn)動(dòng)速度以及小燈泡消耗的電功率分
5、別為(重力加速度g取10 m/s2,sin 370.6)() A2.5 m/s1 W B5 m/s1 W C7.5 m/s9 W D15 m/s9 W解:(1)由導(dǎo)體棒的受力平衡可得:F=mgsin37mgcos37=0.2kg10N/kg(0.60.50.8)=0.4N;故安培力的大小為F=0.4N,設(shè)平衡時(shí)電路中的電流為I1,由公式F=BI1L,得電路中的電流為I1=1A,故小燈泡穩(wěn)定發(fā)光時(shí)消耗的電功率P=I12R=(1A)21=1W;(2)設(shè)平衡時(shí)導(dǎo)體棒的動(dòng)動(dòng)速度為v,則根據(jù)E1=BLv,I1=得,1A=,解之得v=5m/s。巧學(xué)勤練如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌位于傾角=30的
6、斜面上,導(dǎo)軌上、下端各接有阻值R=20的電阻。導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì),導(dǎo)軌寬度L=2m,在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng) 強(qiáng)度B=1T,質(zhì)量m=0.1kg、連入電路的電阻r=10的金屬棒ab在較高處由靜止釋放,當(dāng)金屬棒ab下滑高度h=3m時(shí),速度恰好達(dá)到最大值v=2m/s。金屬棒ab在下滑過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且與導(dǎo)軌良好接觸,g取10m/s2。求:(1)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3m的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能的減小量。(2)金屬棒ab由靜止至下滑高度為3m的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)軌上端電阻R中產(chǎn)生的熱量。解:(1)金屬棒ab機(jī)械能的減少量 (2)如果沒(méi)有摩擦,金屬棒達(dá)到速度最大時(shí)滿足解得vm
7、=2.5 m/s而實(shí)際的最大速度是2 m/s,說(shuō)明一定存在摩擦故應(yīng)滿足解得Ff=0.1 N 由能量守恒得,損失的機(jī)械能等于金屬棒ab克服摩擦力做功和產(chǎn)生的電熱之和E=Q+Ffh/sin30得電熱Q=EFfh/sin30 上端電阻R中產(chǎn)生的熱量QR=Q/4 聯(lián)立式得:QR=0.55 J2、 (xx江蘇13)如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng),長(zhǎng)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(zhǎng)為d的薄絕緣涂層勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng),并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直
8、,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(jì),重力加速度為g.求:(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動(dòng)摩擦因數(shù);(2)導(dǎo)體棒勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小v;(3)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.答案:(1)tan;(2)v;(3)Q2mgdsin解:(1)導(dǎo)體棒在絕緣涂層上滑動(dòng)時(shí),受重力mg、導(dǎo)軌的支持力N和滑動(dòng)摩擦力f作用,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件有:mgsinf,Nmgcos根據(jù)滑動(dòng)摩擦定律有:fN 聯(lián)立以上三式解得:tan(2)導(dǎo)體棒在光滑導(dǎo)軌上滑動(dòng)時(shí),受重力mg、導(dǎo)軌的支持力N和沿導(dǎo)軌向上的安培力FA作用,根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件有:FAmgsin 根據(jù)安培力大小公式有:FAILB 根據(jù)閉合電
9、路歐姆定律有:I 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有:EBLv聯(lián)立以上各式解得:v(3)由題意可知,只有導(dǎo)體棒在導(dǎo)軌光滑段滑動(dòng)時(shí),回路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,因此對(duì)導(dǎo)體棒在第1、3段d長(zhǎng)導(dǎo)軌上滑動(dòng)的過(guò)程,根據(jù)能量守恒定律有:Q2mgdsin解得:Q2mgdsin考點(diǎn):本題主要考查了共點(diǎn)力平衡條件、安培力大小公式、閉合電路歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、能量守恒定律的應(yīng)用問(wèn)題,屬于中檔題。3(xx天津11)如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)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(jì),間距L0.4 m,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(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向下,中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直斜面向上,兩
10、磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B0.5 T在區(qū)域中,將質(zhì)量m10.1 kg、電阻R10.1 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m20.4 kg,電阻R20.1 的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上,由靜止開(kāi)始下滑cd在滑動(dòng)過(guò)程中始終處于區(qū)域的磁場(chǎng)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g10 m/s2,(1)cd下滑的過(guò)程中,ab中的電流方向;(2)ab剛要向上滑動(dòng)時(shí),cd的速度v多大;(3)從cd開(kāi)始下滑到ab剛要向上滑動(dòng)的過(guò)程中,cd滑動(dòng)的距離x 3.8 m,此過(guò)程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少解:(1)由右手定則可知,電流由a流向b;(2)開(kāi)始放置ab剛好不下滑時(shí),a
11、b所受摩擦力為最大靜摩擦力,由平衡條件得:Fmax=m1gsin, ab剛好要上滑時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì):E=BLv,電路電流:I=, ab受到的安培力:F安=BIL,此時(shí)ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下,由平衡條件得:F安=m1gsin+Fmax,代入數(shù)據(jù)解得:v=5m/s;(3)cd棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電路產(chǎn)生的總熱量為Q總,由能量守恒定律得:m2gxsin=Q總+m2v2,ab上產(chǎn)生的熱量:Q=Q總,解得:Q=1.3J;4、(xx新課標(biāo)25)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(zhǎng)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(zhǎng)線通過(guò)圓導(dǎo)軌中心O,裝置的俯視圖如圖
12、所示整個(gè)裝置位于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向豎直向下在內(nèi)圓導(dǎo)軌的C點(diǎn)和外圓導(dǎo)軌的D點(diǎn)之間接有一阻值為R的電阻(圖中未畫(huà)出)直導(dǎo)體棒在水平外力作用下以角速度繞O逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(dòng)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(guò)電阻R的感應(yīng)電流的方向和大?。?2)外力的功率解:(1)在時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體棒掃過(guò)的面積為:根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為:根據(jù)右手定則,感應(yīng)電流的方向是從B端流向A端,因此流過(guò)導(dǎo)體R的電流方向是從C端流向D端;由歐姆定律流過(guò)導(dǎo)體R的電流滿足;聯(lián)立可得:(2)在豎直方向
13、有:mg-2N=0式中,由于質(zhì)量分布均勻,內(nèi)外圓導(dǎo)軌對(duì)導(dǎo)體棒的正壓力相等,其值為N,兩導(dǎo)軌對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體棒的滑動(dòng)摩擦力均為:在時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體棒在內(nèi)外圓導(dǎo)軌上掃過(guò)的弧長(zhǎng)分別為:和克服摩擦力做的總功為:在時(shí)間內(nèi),消耗在電阻R上的功為:根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,外力在時(shí)間內(nèi)做的功為:(11)外力的功率為:(12)由至(12)式可得:(13)四、專(zhuān)題小結(jié)(1)求解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中回路中產(chǎn)生的總的焦耳熱的三種主要思路: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做的功。利用能量守恒定律求解:其他形式能量的減少量等于產(chǎn)生的電能。利用焦耳定律求解:結(jié)合等效電路分析,利用電路知識(shí)求解。(2)分析步驟:先電后力再能量 “源”“路”“力”“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及能量轉(zhuǎn)化”