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类型2019年度高考物理一轮复习第十章电磁感应专题强化十二电磁感应的综合问题学案.doc

  • 上传人(卖家):flying
  • 文档编号:34736
  • 上传时间:2018-08-15
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    关 键  词:
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    资源描述:

    1、【 精品教育资源文库 】 专题强化十二 电磁感应的综合问题 专题解读 1.本专题是运动学、动力学、恒定电流、电磁感应和能量等知识的综合应用,高考既以选择题的形式命题,也以计算题的形式命题 . 2.学好本专题,可以极大地培养同学们数形结合的推理能力和电路分析能力,针对性的专题强化,可以提升同学们解决数形结合、利用动力学和功能关系解决电磁感应问题的信心 . 3.用到的知识有:左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、牛顿运动定律、函数图象、动能定理和能量守恒定律等 . 命题点一 电磁感应 中的图象问题 1.题型简述 借助图象考查电磁感应的规律,一直是

    2、高考的热点,此类题目一般分为两类: (1)由给定的电磁感应过程选出正确的图象; (2)由给定的图象分析电磁感应过程,定性或定量求解相应的物理量或推断出其他图象 .常见的图象有 B t 图、 E t 图、 i t 图、 v t 图及 F t 图等 . 2.解题关键 弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键 . 3.解题步骤 (1)明确图象的种类,即是 B t 图还是 t 图,或者 E t 图、 I t 图等; (2)分析 电磁感应的具体过程; (3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系; (4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定

    3、律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式; (5)根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等; (6)画图象或判断图象 . 4.两种常用方法 (1)排除法:定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势 (增大还是减小 )、变化快慢 (均匀变化还是非均匀变化 ),特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项 . 【 精品教育资源文库 】 (2)函数法:根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图象进行分 析和判断 . 例 1 (多选 )(2017 河南六市一模 )边长为 a 的闭合金属正三角形轻质框架,左边竖直且与磁场右边界平行,完全处于垂直于框架平面向里的匀强

    4、磁场中,现把框架匀速水平向右拉出磁场,如图 1 所示,则下列图象与这一拉出过程相符合的是 ( ) 图 1 答案 BC 解析 设正三角形轻质框架开始出磁场的时刻 t 0,则其切割磁感线的有效长度 L 2xtan 30 2 33 x,则感应电动势 E 电动势 BLv 2 33 Bvx,则 C 项正确, D 项错误 .框架匀速 运动,故 F 外力 F 安 B2L2vR 4B2x2v3R x2, A 项错误 .P外力功率 F 外力 v F 外力 x2, B 项正确 . 变式 1 (2017 江西南昌三校四联 )如图 2 所示,有一个矩形边界的匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向里 .一个三角形闭合导线框,

    5、由位置 1(左 )沿纸面匀速到位置 2(右 ).取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点 (t 0),规定逆时针方向为电流的正方向,则图中能正确反映线框中电流与时间关系的是 ( ) 图 2 【 精品教育资源文库 】 答案 A 解析 线框进入磁场的过程,磁通量向 里增加,根据楞次定律得知感应电流的磁场向外,由安培定则可知感应电流方向为逆时针,电流方向应为正方向,故 B、 C 错误;线框进入磁场的过程,线框切割磁感线的有效长度先均匀增大后均匀减小,由 E BLv,可知感应电动势先均匀增大后均匀减小;线框完全进入磁场后,磁通量不变,没有感应电流产生;线框穿出磁场的过程,磁通量向里减小,根据楞次定律得知

    6、感应电流的磁场向里,由安培定则可知感应电流方向为顺时针,电流方向应为负方向,线框切割磁感线的有效长度先均匀增大后均匀减小,由 E BLv,可知感应电动势先均匀增大后均匀减小,故 A 正确 , D 错误 . 变式 2 (2017 河北唐山一模 )如图 3 所示,在水平光滑的平行金属导轨左端接一定值电阻 R,导体棒 ab 垂直导轨放置,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中 .现给导体棒一向右的初速度,不考虑导体棒和导轨电阻,下列图线中,导体棒速度随时间的变化和通过电阻 R的电荷量 q 随导体棒位移的变化描述正确的是 ( ) 图 3 答案 B 解析 导体棒运动过程中受向左的安培力 F B2L2vR ,安

    7、培力阻碍棒的运动,速度减小,由牛顿第二定律得棒的加速度大小 a Fm B2L2vRm ,则 a 减小, v t 图线斜率的绝对值减小,故 B【 精品教育资源文库 】 项正确, A 项错误 .通过 R 的电荷量 q I t ER t tR t R BLRx,可知 C、 D 项错误 . 命题点二 电磁感应中的动力学问题 1.题型简述 感应电流在磁场中受到安培力的作用,因此电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起 .解决这类问题需要综合应用电磁感应规律 (法拉第电磁感应定律、楞次定律 )及力学中的有关规律(共点力的平衡条件、牛顿运动定律、 动能定理等 ). 2.两种状态及处理方法 状态 特征 处理方法

    8、 平衡态 加速度为零 根据平衡条件列式分析 非平衡态 加速度不为零 根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析 3.动态分析的基本思路 解决这类问题的关键是通过运动状态的分析,寻找过程中的临界状态,如速度、加速度最大值或最小值的条件 .具体思路如下: 例 2 (2016 全国卷 24) 如图 4,水平面 (纸面 )内间距为 l的平行金属导轨间接一电阻,质量为 m、长度为 l 的金属杆置于导轨上 .t 0 时,金属杆在水平向右、大小为 F 的恒定拉力作 用下由静止开始运动 .t0 时刻,金属杆进入磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,且在磁场中恰好能保持匀速运动 .杆与

    9、导轨的电阻均忽略不计,两者始终保持垂直且接触良好,两者之间的动摩擦因数为 .重力加速度大小为 g.求: 图 4 (1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小; 【 精品教育资源文库 】 (2)电阻的阻值 . 答案 (1)Blt0(Fm g ) (2)B2l2t0m 解析 (1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为 a,由牛顿第二定律得 F mg ma 设金属杆到达磁场左边界 时的速度为 v,由运动学公式有 v at0 当金属杆以速度 v 在磁场中运动时,由法拉第电磁感应定律知产生的电动势为 E Blv 联立 式可得 E Blt0(Fm g ) (2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时,金属杆中的电流

    10、为 I,根据欧姆定律 I ER 式中 R 为电阻的阻值 .金属杆所受的安培力为 F 安 BlI 因金属杆做匀速运动,有 F mg F 安 0 联立 式得 R B2l2t0m . 变式 3 (2017 江淮十校三模 )宽为 L 的两光滑竖直裸导轨间接有固定电阻 R,导轨 (电阻忽略不计 )间 、 区域中有垂直纸面向里宽为 d,磁感应强度为 B 的匀强磁场, 、 区域间距为 h,如图 5,有一质量为 m、长为 L、电阻不计的金属杆与竖直导轨紧密接触,从距区域 上端 H 处由静止释放 .若杆在 、 区域中运动情况完全相同,现以杆由静止释放为计时起点,则杆中电流随时间 t 变化的图象可能正确的是 (

    11、) 图 5 答案 B 解析 杆在 、 区域中运动情况完全相同,说明产生的感应电流也应完全相同,排除 A和 C 选项 .因杆在无磁场区域中做 a g 的匀加速运动,又杆在 、 区域中运动情况完全相同,则杆在 、 区域应做减速运动,在区域 中对杆受力分析知其受竖直向下的重力和竖【 精品教育资源文库 】 直向上的安培力,由牛顿第二定律得加速度 amg B2L2vRm ,方向竖直向上,则知杆做加速度逐渐减小的减速运动,又 I BLvR ,由 I t 图线斜率变化情况可知选项 B 正确,选项 D 错误 . 变式 4 (2017 上海单科 20 改编 )如图 6,光滑平行金属导轨间距为 L,与水平面夹角

    12、为 ,两导轨上端用阻值为 R 的电阻相连,该装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中,磁场方向 垂直于导轨平面 .质量为 m 的金属杆 ab 以沿导轨平面向上的初速度 v0从导轨底端开始运动,然后又返回到出发位置 .在运动过程中, ab 与导轨垂直且接触良好,不计 ab 和导轨的电阻及空气阻力 . 图 6 (1)求 ab 开始运动时的加速度 a 的大小; (2)分析并说明 ab 在整个运动过程中速度、加速度的变化情况 . 答案 见解析 解析 (1)利用楞次定律,对初始状态的 ab 受力分析得: mgsin BIL ma 对回路分析 I ER BLv0R 联立 得 a gsin B2L2v0mR

    13、(2)上滑过程: 由第 (1)问中的分析可知,上滑过程加速度大小表达式为: a 上 gsin B2L2vmR 上滑过程, a、 v 反向,做减速运动 .利用 式, v 减小则 a 减小,可知,杆上滑时做加速度逐渐减小的减速运动 . 下滑过程: 由牛顿第二定律,对 ab 受力分析得: mgsin B2L2vR ma 下 【 精品教育资源文库 】 a 下 gsin B2L2vmR 因 a 下 与 v 同向, ab 做加速运动 . 由 得 v 增加, a 下 减小,杆下 滑时做加速度逐渐减小的加速运动 . 【 精品教育资源文库 】 命题点三 电磁感应中的动力学和能量问题 1.题型简述 电磁感应过

    14、程的实质是不同形式的能量转化的过程,而能量的转化是通过安培力做功来实现的 .安培力做功的过程,是电能转化为其他形式的能的过程;外力克服安培力做功的过程,则是其他形式的能转化为电能的过程 . 2.解题的一般步骤 (1)确定研究对象 (导体棒或回路 ); (2)弄清电磁感应过程中,哪些力做功,哪些形式的能量相互转化; (3)根据能量守恒定律或功能关系列式求解 . 3.求解电能应分清两类情况 (1)若回路中电流恒定,可以 利用电路结构及 W UIt 或 Q I2Rt 直接进行计算 . (2)若电流变化,则 利用安培力做功求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功; 利用能量守恒求解:若只有电能与机械能的转化,则减少的机械能等于产生的电能 . 例 3 如图 7 所示,间距为 L 的平行且足够长的光滑导轨由两部分组成 .倾斜部分

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