2022年高三物理第二輪復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 新人教版
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1、2022年高三物理第二輪復(fù)習(xí) 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 新人教版 第3講 電磁感應(yīng)規(guī)律及其應(yīng)用 【核心要點(diǎn)突破】 知識(shí)鏈接 一、 安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的應(yīng)用情況 二、法拉第電磁感應(yīng)定律 1.公式:,N為線圈匝數(shù) 2、 導(dǎo)體切割磁感線的情形 (1)一般情況:運(yùn)動(dòng)速度v與磁感應(yīng)線方向夾角為時(shí)則 (2)E=BLv (垂直平動(dòng)切割) L是導(dǎo)線的有效切割長(zhǎng)度 (v為磁場(chǎng)與導(dǎo)體的相對(duì)切割速度) (B不動(dòng)而導(dǎo)體動(dòng);導(dǎo)體不動(dòng)而B(niǎo)運(yùn)動(dòng)) (3). (直導(dǎo)體繞一端轉(zhuǎn)動(dòng)切割) 深化整合 一、感應(yīng)電流方向的判斷、楞次定律的理解 楞次定律判定感應(yīng)電流方向的一般步
2、驟,基本思路可歸結(jié)為:“一原、二感、三電流”, (1)明確閉合回路中引起感應(yīng)電流的原磁場(chǎng)方向如何; (2)確定原磁場(chǎng)穿過(guò)閉合回路中的磁通量如何變化(是增還是減) (3)根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向. (4)再利用安培定則,根據(jù)感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向來(lái)確定感應(yīng)電流方向. 2.楞次定律中“阻礙”兩字的含義: (1)誰(shuí)阻礙誰(shuí)?是感應(yīng)電流的磁通量阻礙原磁通量; (2)阻礙什么?阻礙的是磁通量的變化而不是磁通量本身; (3)如何阻礙?當(dāng)磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反,當(dāng)磁通量減小時(shí),感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同,即”增反減同”; (4)結(jié)果如何?阻
3、礙不是阻止,只是延緩了磁通量變化的快慢,結(jié)果是增加的還是增加,減少的還是減少. 【典例訓(xùn)練1】(xx·全國(guó)Ⅱ理綜·T18)如圖,空間某區(qū)域中有一勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度方向水平,且垂直于紙面向里,磁場(chǎng)上邊界b 和下邊界d水平。在豎直面內(nèi)有一矩形金屬線圈,線圈上下邊的距離很短,下邊水平。線圈從水平面a開(kāi)始下落。已知磁場(chǎng)上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離。若線圈下邊剛通過(guò)水平面b、c(位于磁場(chǎng)中)和d時(shí),線圈所受到的磁場(chǎng)力的大小分別為、和,則 A.>> B. << C. >> D.
4、 << 【命題立意】本題涉及到電磁感應(yīng)及安培力公式等知識(shí),考查了考生的理解能力、分析綜合能力,是高考命題的熱點(diǎn)。 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí),可參照以下解題步驟: 關(guān)鍵 點(diǎn) (1) 應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律和安培力公式, (2)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)有關(guān)公式進(jìn)行線圈下落分析并考慮到線圈的上下邊距離很短及磁場(chǎng)上下邊界之間的距離大于水平面a、b之間的距離. 【規(guī)范解答】選D,金屬線圈進(jìn)入與離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中,產(chǎn)生感應(yīng)電流,線圈受到向上的磁場(chǎng)力力即安培力,根據(jù),,可得:,由此可知線圈所受到的磁場(chǎng)力與速度成正比。當(dāng)線圈完全進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中,沒(méi)有安培力,故;通過(guò)水平面b時(shí),有,則;通
5、過(guò)水平面d時(shí),有,則,而,故,則,所以D正確。 二、電磁感應(yīng)綜合問(wèn)題分類 1. 電路問(wèn)題 (1)切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),則這部分電路就是等效電源,確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻 (2)正確分析電路的結(jié)構(gòu),畫(huà)出等效電路圖 (3)利用電路規(guī)律求解.主要閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路性質(zhì)特點(diǎn)、電功、電熱的公式.求解未知物理量. 2. 動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 解題關(guān)鍵:在于通過(guò)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析來(lái)尋找過(guò)程中的臨界狀態(tài),如速度、加速度取最大值或最小值的條件等,基本思路方法是: F=BIL 臨界狀態(tài) v與a方向關(guān)系 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析 a變化情況 F=ma 合外力 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體所受
6、的安培力 感應(yīng)電流 確定電源(E,r) (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向. (2)求回路中電流強(qiáng)度. (3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力,用左手定則確定其方向). (4)列動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程求解. 3. 能量問(wèn)題 (1)產(chǎn)生和維持感應(yīng)電流的存在的過(guò)程就是其它形式的能量轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流電能的過(guò)程。 導(dǎo)體在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前,外力移動(dòng)導(dǎo)體所做的功,一部分消耗于克服安培力做功,轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生感應(yīng)電流的電能或最后在轉(zhuǎn)化為焦耳熱,另一部分用于增加導(dǎo)體的動(dòng)能,即 導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)),外力所做的功,完全消耗于克服
7、安培力做功,并轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能或最后在轉(zhuǎn)化為焦耳熱 (2)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,能量是守恒的。楞次定律與能量守恒定律是相符合的,認(rèn)真分析電磁感應(yīng)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化,熟練地應(yīng)用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是求解叫復(fù)雜的電磁感應(yīng)問(wèn)題常用的簡(jiǎn)便方法。 4.圖象問(wèn)題 (1)電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B、 磁通量Φ、 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E或e 和 感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線,即B—t圖線、 Φ一t圖線、 e一t圖線 和I一t圖線。 (2) 對(duì)于切割產(chǎn)生應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況,還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨位移X變化的圖線,即e—X圖線和I—X圖線。這些圖象問(wèn)題大體上可分
8、為兩類: ①由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖象, ②或由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程,求解相應(yīng)的物理量, 不管是何種類型,電磁感應(yīng)中的圖象常需利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決感應(yīng)電流的方向和感應(yīng)電流的大小。 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中圖像問(wèn)題的分析,要抓住磁通量的變化是否均勻,從而推知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電流)大小是否恒定.用楞次定律判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或電流)的方向,從而確定其正負(fù),以及在坐標(biāo)中的范圍. 【典例訓(xùn)練2】(xx·四川理綜·T20)如圖所示,電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌固定在一絕緣斜面上,兩相同的金屬導(dǎo)體棒a、b垂直于導(dǎo)軌靜止放置,且與導(dǎo)軌接觸良好,勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿
9、過(guò)導(dǎo)軌平面?,F(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F作用在a的中點(diǎn),使其向上運(yùn)動(dòng)。若b始終保持靜止,則它所受摩擦力可能 A.變?yōu)? B . 先減小后不變 C . 等于F D.先增大再減小 【命題立意】結(jié)合電磁感應(yīng)現(xiàn)象,考查受力分析 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí),可參照以下解題步驟: A受恒力F作用,結(jié)合電磁感應(yīng)定律,判斷出a運(yùn)動(dòng)速度的變化 確定感應(yīng)電流變化的情況,并判斷出a和b所受安培力的變化 確定b所受摩擦力的情況. 【規(guī)范解答】選AB,a棒所受恒定的拉力
10、作用,隨著速度的增大,安培阻力增大,因此,a做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)a加速度為0后勻速運(yùn)動(dòng),所以a所受安培力先增大后不變。由于a、b所受安培力大小相等,所以,b所受安培力先增大后不變,由于b始終保持靜止,故b所受摩擦力先減小后不變,B正確;若b所受安培力等于下滑力,則b所受摩擦力為零,A正確. 【高考真題探究】 1.(xx·新課標(biāo)全國(guó)卷·T14)在電磁學(xué)發(fā)展過(guò)程中,許多科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)。下列說(shuō)法正確的是 A.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng);法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 B.麥克斯韋預(yù)言了電磁波;楞次用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在 C.庫(kù)侖發(fā)現(xiàn)了點(diǎn)電荷的相互作用規(guī)律;密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定了元電
11、荷的數(shù)值 D.安培發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用規(guī)律;洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)電流的作用規(guī)律 【命題立意】本題以電磁學(xué)發(fā)展史為基礎(chǔ),主要考查考生對(duì)電磁學(xué)知識(shí)系統(tǒng)的了解以及對(duì)電磁學(xué)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家的偉大成就的了解。 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路分析: 科學(xué)家的重要貢獻(xiàn) 電磁學(xué)主干知識(shí)和重點(diǎn)內(nèi)容 【規(guī)范解答】選AC,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在;選項(xiàng)D錯(cuò)誤,洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用規(guī)律,安培發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)電流的作用規(guī)律。 2.(xx·山東理綜·T21)如圖所示,空間存在兩個(gè)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為,方向相反且垂直紙面,、為其邊界,OO′為其對(duì)稱軸。一導(dǎo)
12、線折成邊長(zhǎng)為的正方形閉合回路,回路在紙面內(nèi)以恒定速度向右運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)到關(guān)于OO′對(duì)稱的位置時(shí) A.穿過(guò)回路的磁通量為零 B.回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為2B C.回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较? D.回路中邊與邊所受安培力方向相同 【命題立意】本題以線框切割磁場(chǎng)為背景,主要考查法拉第電磁感應(yīng)定律、右手定則、左手定則等知識(shí)點(diǎn)。 【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路分析: 右手定則判斷感應(yīng)電流方向 切割方向 磁場(chǎng)方向 【規(guī)范解答】選ABD.正方形閉合回路運(yùn)動(dòng)到關(guān)于OO′對(duì)稱的位置時(shí),穿過(guò)回路的合磁通量為零,A正確;由右手定則可以
13、判斷ab邊上的電流方向?yàn)橛蒩到b,cd邊上的電流方向?yàn)橛蒫到d,所以回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?,C錯(cuò)誤;由法拉第電磁感應(yīng)定律可知回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為,B正確;由左手定則可以判定回路中邊與邊所受安培力方向相同,都是 水平向左的,D正確。 3. (xx·北京理綜·T16)在如圖所示的電路中,兩個(gè)相同的小燈泡L1和L2分別串聯(lián)一個(gè)帶鐵芯的電感線圈L和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R。閉合開(kāi)關(guān)S后,調(diào)整R,使L1和L2發(fā)光的亮度一樣,此時(shí)流過(guò)兩個(gè)燈泡的電流為I。然后,斷開(kāi)S。若時(shí)刻再閉合S,則在前后的一小段時(shí)間內(nèi),正確反映流過(guò)L1的電流i1、流過(guò)L2的電流i2隨時(shí)間t的變化的圖像是
14、 【命題立意】本題以通電自感實(shí)驗(yàn)為例,注重對(duì)考生物理學(xué)科能力的考查,體現(xiàn)新課改的探究理念。 【思路點(diǎn)撥】 解答本題時(shí)可按以下思路分析: 燈泡L1逐漸變亮 燈泡L2立即亮 時(shí)刻閉合S L1、L2亮最終亮度一樣 【規(guī)范解答】選B,閉合開(kāi)關(guān)S后,調(diào)整R,使兩個(gè)燈泡L1、L2發(fā)光的亮度一樣,電流為I,說(shuō)明。若時(shí)刻再閉合S,流過(guò)電感線圈L和燈泡L1的電流迅速增大,使電感線圈L產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì),阻礙了流過(guò)L1的電流i1增大,直至到達(dá)電流為I,故A錯(cuò)誤,B正確;而對(duì)于時(shí)刻再閉合S,流過(guò)燈泡L2的電流i2立即達(dá)到電流為I,故
15、C、D錯(cuò)誤。 4.(xx·江蘇物理卷·T2)一矩形線框置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線框平面與磁場(chǎng)方向垂直,先保持線框的面積不變,將磁感應(yīng)強(qiáng)度在1 s 時(shí)間內(nèi)均勻地增大到原來(lái)的兩倍,接著保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變,在1 s 時(shí)間內(nèi),再將線框的面積均勻地減小到原來(lái)的一半,先后兩個(gè)過(guò)程中,線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的比值為 A. B.1 C.2 D.4 【命題立意】本題考查電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用,題目設(shè)置不難。 【思路點(diǎn)撥】解答本題需要考生正確理解法拉第電磁感應(yīng)定律的表達(dá)式含義和電動(dòng)勢(shì)正比于磁通量的變化率的規(guī)律。 【規(guī)范解答】選B。先保持線框的面積不變,由法拉第電磁定律可知;再
16、保持增大后的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變,有,可見(jiàn)先后兩個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)大小相等,兩者的比值為1,選項(xiàng)B正確。 【類題拓展】應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律求解問(wèn)題的四種方法 1.應(yīng)用公式:這里主要兩種情況,一是面積不變,這時(shí)公式為;另一種是磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,這時(shí)公式為。 2.公式E=BLvsinθ:該公式一般用來(lái)計(jì)算導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),式中B表示磁感應(yīng)強(qiáng)度,L表示導(dǎo)體棒的有效長(zhǎng)度,v表示瞬時(shí)速度,θ表示v與B之間的夾角。 3.公式:主要適用于導(dǎo)體棒繞一個(gè)端點(diǎn)垂直于磁感線勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割。 4.公式:適用線框垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向的一條軸從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng),與軸的位置無(wú)關(guān),與
17、線框的形狀無(wú)關(guān),當(dāng)從與中性面垂直的位置開(kāi)始計(jì)時(shí)起,公式變?yōu)? 。 5.(xx·江蘇物理卷·T4)如圖所示的電路中,電源的電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,電感L的電阻不計(jì),電阻R的阻值大于燈泡D的阻值,在t=0時(shí)刻閉合開(kāi)關(guān)S,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,在t=t1時(shí)刻斷開(kāi)S,下列表示A、B兩點(diǎn)間電壓UAB隨時(shí)間t變化的圖像中,正確的是 【命題立意】本題通過(guò)兩個(gè)時(shí)刻:開(kāi)關(guān)閉合時(shí)刻和斷開(kāi)時(shí)刻,考查自感和電壓圖象的知識(shí)。 【思路點(diǎn)撥】能正確分析并理解閉電路外電路電阻的變化,如何影響外電壓的問(wèn)題。 【規(guī)范解答】選B。開(kāi)關(guān)閉合時(shí),由于線圈的自感阻礙作用,可看做電阻,線圈電阻逐漸減小,并聯(lián)
18、電路電阻逐漸減小,路端電壓逐漸減??;開(kāi)關(guān)閉合后再斷開(kāi)時(shí),線圈的感應(yīng)電流與原電流方向相同,形成回路,燈泡的電流與原來(lái)相反,并逐漸減小到0,路端電壓逐漸減小到零,為負(fù)值。A圖象開(kāi)關(guān)閉合時(shí),增大,不符合題意,錯(cuò)誤;B圖象電壓的變化規(guī)律符合題意,正確;C圖象的電壓先增大后減小,且方向不變,錯(cuò)誤;D圖象在兩過(guò)程中電壓始終為不正確。 6.(xx·新課標(biāo)全國(guó)卷·T21)如圖所示,兩個(gè)端面半徑同為R的圓柱形鐵芯同軸水平放置,相對(duì)的端面之間有一縫隙,鐵芯上繞導(dǎo)線并與電源連接,在縫隙中形成一勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一銅質(zhì)細(xì)直棒ab水平置于縫隙中,且與圓柱軸線等高、垂直。讓銅棒從靜止開(kāi)始自由下落,銅棒下落距離為0.2R時(shí)銅棒中
19、電動(dòng)勢(shì)大小為E1,下落距離為0.8R時(shí)電動(dòng)勢(shì)大小為E2,忽略渦流損耗和邊緣效應(yīng)。關(guān)于E1、E2 的大小和銅棒離開(kāi)磁場(chǎng)前兩端的極性,下列判斷正確的是
A.E1>E2,a端為正 B. E1>E2,b端為正
C. E1 20、和切割速度
【規(guī)范解答】選D,將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖如右圖所示,
由幾何關(guān)系計(jì)算有效切割長(zhǎng)度L
由機(jī)械能守恒定律計(jì)算切割速度v,即:,得,則:
,
根據(jù)E=BLv,, ,可見(jiàn)E1 21、感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小,則在磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小的過(guò)程中,關(guān)于線的拉力大小,下列說(shuō)法中正確的是( )
A.大于環(huán)重力mg,并逐漸減小
B.始終等于環(huán)重力mg
C.小于環(huán)重力mg,并保持恒定
D.大于環(huán)重力mg,并保持恒定
2. 矩形金屬導(dǎo)線框ABCD固定在水平面內(nèi),勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域abc沿著矩形線框的對(duì)稱軸線勻速穿過(guò)矩形導(dǎo)線框,如圖2所示.若規(guī)定導(dǎo)線框中的順時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?,那么在磁?chǎng)區(qū)域穿越ABCD導(dǎo)線框的過(guò)程中,導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流可以用下列哪個(gè)選項(xiàng)的圖象來(lái)定量描述( )
3.在光滑水平面上方,有兩個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖3所示,PQ 22、為兩個(gè)磁場(chǎng)的邊界,磁場(chǎng)范圍足夠大.一個(gè)邊長(zhǎng)為a,質(zhì)量為m,電阻為R的正方形金屬線框垂直磁場(chǎng)方向,以速度v從圖示位置向右運(yùn)動(dòng),當(dāng)線框中心線AB運(yùn)動(dòng)到與PQ重合時(shí),線框的速度為 ,則( )
A.此時(shí)線框中的電功率為4B2a2v2/R
B.此時(shí)線框的加速度為4B2a2v/(mR)
C.此過(guò)程通過(guò)線框截面的電量為Ba2/R
D.此過(guò)程回路產(chǎn)生的電能為0.75 mv2
4.如圖4所示,邊長(zhǎng)為L(zhǎng)=2 m的正方形導(dǎo)線框ABCD和一金屬棒MN由粗細(xì)相同的同種材料制成,每米長(zhǎng)電阻為R0=1 Ω.以導(dǎo)線框兩條對(duì)角線交點(diǎn)O為圓心,半徑r=0.5 m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.5 T,方向垂 23、直紙面向里.金屬棒MN與導(dǎo)線框接觸良好,且與對(duì)角線AC平行.若棒MN以v=4 m/s的速度沿垂直于AC方向向右勻速運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)至AC位置時(shí)( )
A.棒MN上通過(guò)的電流為0.41 A
B.棒MN上通過(guò)的電流為1.2 A
C.棒MN所受安培力大小為1.2 N
D.棒MN所受安培力大小為0.21 N
5.在豎直平面內(nèi)建立如圖5所示的直角坐標(biāo)系,x軸水平,y軸正向豎直向上,AOB是坐標(biāo)平面內(nèi)光滑的半圓形金屬軌道,A、B連線水平,其最低點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)O,在x軸上方存在著垂直紙面向外的磁場(chǎng)(圖中未畫(huà)出),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的變化規(guī)律為B=yB0(B0為一不為零的常數(shù),y為縱坐標(biāo)值).一質(zhì)量分 24、布均勻、有一定電阻的金屬棒PQ(長(zhǎng)度與AO連線等長(zhǎng))放在軌道上,初始位置如圖,由于重力作用從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中(PQ始終與軌道接觸良好),下列說(shuō)法正確的是( )
A.金屬棒中的感應(yīng)電流可能是從Q到P
B.最終金屬棒PQ可能在軌道上來(lái)回運(yùn)動(dòng)
C.最終金屬棒PQ一定停在水平方向
D.金屬棒PQ一定在軌道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)多次,最終停下
6.(xx·濟(jì)南市二模)兩塊水平放置的金屬板間的距離為d,用導(dǎo)線與一個(gè)n匝線圈相連,線圈電阻為r,線圈中有豎直方向的磁場(chǎng),電阻R與金屬板連接,其余電阻均不計(jì)。如圖所示,兩板間有一個(gè)質(zhì)量為m、電量q的帶正電的油滴恰好處于靜止?fàn)顟B(tài),則線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變 25、化情況和磁通量的變化率分別是
A.磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向上且正在增強(qiáng),
B. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向下且正在增強(qiáng),
C.磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向上且正在減弱,
D.磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向下且正在減弱,
7. (xx·徐州市三模) 如圖所示,通電螺線管置于水平放置的兩根光滑平行金屬導(dǎo)軌MN和PQ之間,ab和cd是放在導(dǎo)軌上的兩根金屬棒,它們分別放在螺線管的左右兩側(cè).保持開(kāi)關(guān)閉合,最初兩金屬棒處于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭向左滑動(dòng)時(shí),ab和cd棒的運(yùn)動(dòng)情況是
A. ab向左,cd向右 B. ab向右,cd向左
C. ab、cd都向右運(yùn)動(dòng) D.a 26、b、cd都不動(dòng)
8.(xx·揚(yáng)州四模) 在我省某中學(xué)實(shí)驗(yàn)室的水平桌面上,放置邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形閉合導(dǎo)體線圈abcd,線圈的ab邊沿南北方向,ad邊沿東西方向,如圖所示.已知北半球地磁場(chǎng)的豎直分量向下.下列說(shuō)法中正確的是
A.若使線圈向東平動(dòng),則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高,線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→a
B.若使線圈向北平動(dòng),則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高,線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍→d→c→b→a
C.若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn),則a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高,線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→a
D.若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn),則b點(diǎn)的電勢(shì)比a點(diǎn)的電勢(shì)高,線圈中感應(yīng)電流方向?yàn)閍→d→ 27、c→b→a
二、計(jì)算題
9.(16分)如圖8(a)所示,兩根足夠長(zhǎng)的水平平行金屬導(dǎo)軌相距為L(zhǎng)=0.5 m,其右端通過(guò)導(dǎo)線連接阻值R=0.6 Ω的電阻,導(dǎo)軌電阻不計(jì),一根質(zhì)量為m=0.2 kg、阻值r=0.2 Ω的金屬棒ab放在兩導(dǎo)軌上,棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸,金屬棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5.整個(gè)裝置處在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,取g=10 m/s2.若所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B,通過(guò)小電動(dòng)機(jī)對(duì)金屬棒施加水平向左的牽引力,使金屬棒沿導(dǎo)軌向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)0.5 s電動(dòng)機(jī)的輸出功率達(dá)到P=10 W,此后電動(dòng)機(jī)功率保持不變.金屬棒運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖(b)所示,試求:
( 28、1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?
(2)在0~0.5 s時(shí)間內(nèi)金屬棒的加速度a的大??;
(3)若在0 ~ 0.3 s時(shí)間內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量為0.15 J,則在這段時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)做的功為多少.
10.(17分)如圖9甲所示,空間存在豎直向上磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),ab、cd是相互平行間距L=1 m的長(zhǎng)直導(dǎo)軌,它們處在同一水平面內(nèi),左邊通過(guò)金屬桿ac相連,質(zhì)量m=1 kg的導(dǎo)體棒MN水平放置在導(dǎo)軌上,已知MN與ac的總電阻R=0.2 Ω,其他電阻不計(jì).導(dǎo)體棒MN通過(guò)不可伸長(zhǎng)細(xì)線經(jīng)光滑定滑輪與質(zhì)量也為m的重物相連,現(xiàn)將重物由如圖所示的靜止?fàn)顟B(tài)釋放后與導(dǎo)體棒MN一起運(yùn)動(dòng),并始終保持導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸 29、良好.已知導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5,其他摩擦不計(jì),導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),重物離地面足夠高,重力加速度g取10 m/s2.
(1)請(qǐng)定性說(shuō)明:導(dǎo)體棒MN在達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)前,速度和加速度是如何變化的;到達(dá)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)MN受到的哪些力合力為零,并在圖乙中定性畫(huà)出棒從靜止至勻速的過(guò)程中所受的安培力大小隨時(shí)間變化的圖象(不需說(shuō)明理由及計(jì)算達(dá)到勻速的時(shí)間).
(2)若已知重物下降高度h=2 m時(shí),導(dǎo)體棒恰好開(kāi)始做勻速運(yùn)動(dòng),在此過(guò)程中ac邊產(chǎn)生的焦耳熱Q=3 J,求導(dǎo)體棒MN的電阻值r.
答案及解析
一、選擇題
1. 【解析】選A.因穿過(guò)圓環(huán)的Φ減小,由楞次定律知,將產(chǎn)生順時(shí)針感應(yīng)電流,再由左 30、手定則得,圓環(huán)所受安培力向下,故線的拉力變大,即F拉=mg+F安=mg+BIL.因B在減小,故拉力減小,所以選A.
2. 【解析】選C.區(qū)域abc勻速穿過(guò)ABCD,等效于導(dǎo)線框ABCD向左穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,進(jìn)入過(guò)程中,由E=Blv,i=知,l均勻增大,故E和i也均勻變大,i的方向沿逆時(shí)針?lè)较?,?dāng)磁場(chǎng)完全在ABCD內(nèi)時(shí),i=0,同理,在離開(kāi)過(guò)程中,i又沿順時(shí)針?lè)较蚓鶆蜃兇?,故選C.
3.
4.
5. 【解析】選A、C.當(dāng)金屬棒PQ向下滑時(shí),金屬棒與圓形金屬軌道所圍的面積不變,但由于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的變化規(guī)律為B=yB0,所以磁通量發(fā)生變化,當(dāng)金屬棒PQ剛向下滑時(shí),回路中的磁通量減小,由楞次 31、定律可知此時(shí)金屬棒中的感應(yīng)電流是從Q到P,所以A正確;又根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量發(fā)生變化,所以金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終受到阻力,機(jī)械能將逐漸減小,最終靜止,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)金屬棒靜止時(shí),金屬棒受重力、兩端指向圓心的彈力,因這三個(gè)力不平行,根據(jù)力的平衡條件可知三個(gè)力必共點(diǎn),金屬棒只能在水平位置平衡,其他位置都不可能平衡,選項(xiàng)C正確;金屬棒PQ從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后,可能到達(dá)水平方向就直接停在水平位置,沒(méi)有在軌道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)多次,D錯(cuò)誤.所以選項(xiàng)A、C正確.
6.C
7.A
8.C
二、計(jì)算題
9. 【解析】(1)當(dāng)vm=5 m/s時(shí),棒勻速運(yùn)動(dòng),E=BLvm, 32、 (1分)
I=E/(R+r) (1分)
FA=BIL (1分)
10.
【解析】(1)當(dāng)MN棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),懸掛重物的細(xì)繩的拉力與安培力及摩擦力三力合力為零;在達(dá)到穩(wěn)定速度前,導(dǎo)體棒的加速度逐漸減小,速度逐漸增大.安培力大小隨時(shí)間變化的圖象如圖所示.(5分)
【備課資源】
1.(xx·全國(guó)Ⅰ理綜·T17).某地的地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量方向向下,大小為T。一靈敏電壓表連接在當(dāng)?shù)厝牒:佣蔚膬砂?,河?00 33、m,該河段漲潮和落潮時(shí)有海水(視為導(dǎo)體)流過(guò)。設(shè)落潮時(shí),海水自西向東流,流速為2m/s。下列說(shuō)法正確的是
A.電壓表記錄的電壓為5mV B.電壓表記錄的電壓為9mV
C.河南岸的電勢(shì)較高 D.河北岸的電勢(shì)較高
【命題立意】本題以在豎直向下的磁場(chǎng)中漲潮和落潮時(shí)海水的流動(dòng)作為背景材料,要我們根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律求南北兩岸電勢(shì)的高低及大小,體現(xiàn)了理論聯(lián)系實(shí)際,本題主要考查導(dǎo)體棒切割磁場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用。
【思路點(diǎn)撥】解答本題時(shí)可按以下思路分析:
落潮時(shí)海水的運(yùn)動(dòng)方向
根據(jù)E=BLv及右手定則
求出E的大小及方向
34、
【規(guī)范解答】選BD.海水在落潮時(shí)自西向東流,該過(guò)程可以理解為:自西向東運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體棒在切割豎直向下的磁場(chǎng)。根據(jù)右手定則,北岸是正極電勢(shì)高,南岸電勢(shì)低,所以D正確C錯(cuò)。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律V, 所以B正確A錯(cuò)
2.(xx.上海物理卷T13). 如圖,長(zhǎng)為的直導(dǎo)線拆成邊長(zhǎng)相等,夾角為的形,并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為,當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為的電流時(shí),該形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為
(A)0 (B)0.5 (C)(D)
【命題立意】本題考查安培力大小的計(jì)算。
【思路點(diǎn)撥】可以分別求出兩股導(dǎo)線受到的安培力,然后再將這兩個(gè)力合成,也 35、可以先計(jì)算導(dǎo)線有效長(zhǎng)度,然后用安培力公式求解
【規(guī)范解答】選C,導(dǎo)線有效長(zhǎng)度為2lsin30°=l,根據(jù)安培力公式,該V形通電導(dǎo)線收到的安培力大小為。
3.(xx.上海物理卷T19)如右圖,一有界區(qū)域內(nèi),存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為,方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)寬度均為,邊長(zhǎng)為的正方形框的邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上,使線框從靜止開(kāi)始沿軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较颍芊从尘€框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖
【命題立意】本題主要考查感應(yīng)電流的判斷。
【思路點(diǎn)撥】感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E=BLv,當(dāng)線圈有兩個(gè)邊切割磁感線時(shí),要注意 36、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的的方向是相同還是相反。
【規(guī)范解答】選A,在0-,電流均勻增大,排除CD.在-,兩邊感應(yīng)電流方向相同,大小相加,故電流大。在,因右邊離開(kāi)磁場(chǎng),只有一邊產(chǎn)生感應(yīng)電流,故電流小.
4.用相同導(dǎo)線繞制的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)和2 L的四個(gè)閉合導(dǎo)體線框,以相同的速度勻速進(jìn)入右側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖所示,在每個(gè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中,M、N兩點(diǎn)間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud.下列判斷正確的是( )
A.Ua 37、方向相反,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B,磁場(chǎng)區(qū)域的寬度均為a,一正三角形(高度為a)導(dǎo)線框ABC從圖示位置沿圖示方向勻速穿過(guò)兩磁場(chǎng)區(qū)域,以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?,則下列關(guān)于感應(yīng)電流I與導(dǎo)線框移動(dòng)距離x的關(guān)系圖象正確的是( )
【解析】選C.根據(jù)楞次定律可判斷出當(dāng)導(dǎo)線框剛進(jìn)入第一個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針,故選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤;當(dāng)導(dǎo)線框逐漸進(jìn)入第二個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,且逐漸增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤、C正確.
6.如圖所示,在空間中存在兩個(gè)相鄰的、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),其寬度均為L(zhǎng),現(xiàn)將寬度也為L(zhǎng)的矩形閉合線圈,從圖示位置垂直于磁場(chǎng)方向勻速拉 38、過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,則在該過(guò)程中,能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流或其所受的安培力隨時(shí)間變化的圖象是( )
【解析】選D.線框穿越磁場(chǎng)區(qū)可分為三個(gè)過(guò)程:
過(guò)程1:線框右邊切割磁感線;
過(guò)程2:線框左右兩邊均切割磁感線;
過(guò)程3:線框左邊切割磁感線.
由右手定則判斷出三個(gè)過(guò)程中感應(yīng)電流方向分別為逆時(shí)針、順時(shí)針、逆時(shí)針,大小分別為 ,
僅從大小即可判斷A、B均錯(cuò)誤.
由左手定則判斷出三個(gè)過(guò)程中線框受力方向始終向左.三個(gè)過(guò)程中安培力的大小分別為 ,故D正確,C錯(cuò)誤.
7.(xx·福建理綜·T21)如圖所示,兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為的絕緣斜面上,導(dǎo)軌上端連接一個(gè)定值電阻。 39、導(dǎo)體棒a和b放在導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌垂直并良好接觸。斜面上水平虛線PQ以下區(qū)域內(nèi),存在著垂直穿過(guò)斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)?,F(xiàn)對(duì)a棒施以平行導(dǎo)軌斜向上的拉力,使它沿導(dǎo)軌勻速向上運(yùn)動(dòng),此時(shí)放在導(dǎo)軌下端的b棒恰好靜止。當(dāng)a棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)的上邊界PQ處時(shí),撤去拉力,a棒將繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)一小段距離后再向下滑動(dòng),此時(shí)b棒已滑離導(dǎo)軌。當(dāng)a棒再次滑回到磁場(chǎng)邊界PQ處時(shí),又恰能沿導(dǎo)軌勻速向下運(yùn)動(dòng)。已知a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R,b棒的質(zhì)量為m,重力加速度為g,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。求
a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,a棒中的電流強(qiáng)度I,與定值電阻R中的電流強(qiáng)度IR之比;
a棒質(zhì)量ma;
a棒在磁場(chǎng)中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng) 40、時(shí)所受的拉力F。
【命題立意】本題以兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌中導(dǎo)體棒a的運(yùn)動(dòng)為背景,主要考查學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)的受力分析、電路問(wèn)題、力和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)分析問(wèn)題的能力。
【思路點(diǎn)撥】以導(dǎo)軌下端的b棒恰好靜止進(jìn)行受力分析得Ib,進(jìn)而根據(jù)等效電路分析a棒的電流和a棒受力情況,根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系求解問(wèn)題
【規(guī)范解答】(1)由于a棒、b棒和定值電阻的阻值均為R,由等效電路
可得 ①
且Ib=IR ②
因此有 ③
(2)由于a棒繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)一小段距離后再向下滑動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒,a棒離開(kāi)磁場(chǎng)的速度與下滑 41、時(shí)勻速速度大小相等, 有E=BLV ④
a棒上滑時(shí) ⑤
由受力分析得 ⑥
a棒下滑時(shí) ⑦
⑧
聯(lián)立④⑤⑥⑦⑧解得
(3)由受力分析,并代入數(shù)據(jù)聯(lián)立求解 可得a棒上滑時(shí)
【答案】(1) (2) (3)
【類題拓展】巧解電磁感應(yīng)中力、電、能等綜合問(wèn)題
電磁感應(yīng)類的 42、問(wèn)題是綜合性較強(qiáng)的問(wèn)題,有些省份的高考題經(jīng)常作為壓軸題出現(xiàn),學(xué)生普遍感到較難,實(shí)際上學(xué)生若能夠按照正確的分析問(wèn)題的習(xí)慣,還是能輕松解決此類問(wèn)題:
認(rèn)真審題,弄清題目給出的情景和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的關(guān)鍵狀態(tài)。
明確等效電源,畫(huà)出等效電路,進(jìn)行電路的分析并列式。
確定研究對(duì)象進(jìn)行受力分析, 畫(huà)出受力示意圖。
寫(xiě)出安培力的表達(dá)式,抓住關(guān)鍵狀態(tài)列出牛頓運(yùn)動(dòng)定律的表達(dá)式。
確定研究過(guò)程,明確安培力做功與電路中電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系,列出動(dòng)能定理的表達(dá)式。
聯(lián)立方程進(jìn)行求解。
8.(xx·江蘇物理卷·T13)(15分)如圖所示,兩足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌豎直放置,相距為L(zhǎng), 一理想電流表與兩導(dǎo)軌相連,勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo) 43、軌平面垂直。一質(zhì)量為m、有效電阻為R的導(dǎo)體棒在距磁場(chǎng)上邊界h處?kù)o止釋放。導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)后,流經(jīng)電流表的電流逐漸減小,最終穩(wěn)定為I。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好,且始終保持水平,不計(jì)導(dǎo)軌的電阻。求:
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B;
(2)電流穩(wěn)定后, 導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)速度的大小v;
(3)流經(jīng)電流表電流的最大值
【命題立意】本題以一導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),來(lái)考查電磁感應(yīng)的規(guī)律和電磁感應(yīng)與力學(xué)的綜合,題目設(shè)置難度相對(duì)較容易些。
【思路點(diǎn)撥】(1)通過(guò)對(duì)導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力分析,利用平衡條件mg=BIL可求解;(2)由導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)處于平衡狀態(tài)、閉合電路歐姆定律及切割公式E=BLv聯(lián)立 44、求解;(2)通過(guò)受力分析可知,導(dǎo)體棒在進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間時(shí),速度最大,可由機(jī)械能守恒和E=BLv聯(lián)立求解。
【規(guī)范解答】(1)電流穩(wěn)定后,導(dǎo)體棒做勻速運(yùn)動(dòng),則有:BIL=mg ?、?
解得: ②
(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=BLv ③
感應(yīng)電流 ④
由②③④式解得
(3)由題意知,導(dǎo)體棒剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度最大,設(shè)為
根據(jù)機(jī)械能守恒
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值
感應(yīng)電流最大值
解得
【答案】(1);(2);(3)。
【類題拓展】
巧解電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合題的兩個(gè)基本思路
思路主要有兩種,一種是力的觀點(diǎn),另一種是能量的觀點(diǎn)。
1.力的觀點(diǎn):是指應(yīng)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決問(wèn)題的方法,即先對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,根據(jù)受力變化應(yīng)用牛頓第二定律判斷加速度變化情況,最后找出求解問(wèn)題的方法。
2.能量的觀點(diǎn):動(dòng)能定理、能量轉(zhuǎn)化守恒定律在電磁感應(yīng)中同樣適用。
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