高考物理三轮冲刺：电磁感应综合应用 教案

这是一份高考物理三轮冲刺：电磁感应综合应用 教案，共12页。
2.掌握电磁感应动力学问题的重要求解内容
3.能解决电磁感应与能量结合题型
4.培养学生模型构建能力和运用科学思维解决问题的能力
电磁感应中的电路问题
1、分析电磁感应电路问题的基本思路
对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成．
在闭合电路中，“相当于电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样，等于路端电压，而不等于感应电动势．
【例题1】用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2m，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图所示，当磁场以10T/s的变化率增强时，线框中a、b两点间的电势差是 ( )
A．Uab＝0.1V B．Uab＝－0.1V
C．Uab＝0.2V D．Uab＝－0.2V
【演练1】如图所示，两个相同导线制成的开口圆环，大环半径为小环半径的2倍，现用电阻不计的导线将两环连接在一起，若将大环放入一均匀变化的磁场中，小环处在磁场外，a、b两点间电压为U1，若将小环放入这个磁场中，大环在磁场外，a、b两点间电压为U2，则 ( )
A.eq \f(U1,U2)＝1 B.eq \f(U1,U2)＝2 C.eq \f(U1,U2)＝4 D.eq \f(U1,U2)＝eq \f(1,4)
【例题2】把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，一长度为2a，电阻等于R，粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：
(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN；
(2)圆环消耗的热功率和在圆环及金属棒上消耗的总热功率．
【演练2】如图甲所示，固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨，间距d＝0.5m．右端接一阻值为4Ω的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B按如图乙规律变化．CF长为2m．在t＝0时，金属棒从图中位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置，整个过程中，小灯泡亮度始终不变．已知ab金属棒电阻为1Ω，求：
(1)通过小灯泡的电流；
(2)恒力F的大小；
(3)金属棒的质量．
电磁感应的动力学问题
1．导体棒的两种运动状态
(1)平衡状态——导体棒处于静止状态或匀速直线运动状态，加速度为零；
(2)非平衡状态——导体棒的加速度不为零．
2．两个研究对象及其关系
电磁感应中导体棒既可看作电学对象(因为它相当于电源)，又可看作力学对象(因为有感应电流而受到安培力)，而感应电流I和导体棒的速度v是联系这两个对象的纽带．
3．电磁感应中的动力学问题分析思路
(1)电路分析：导体棒相当于电源，感应电动势相当于电源的电动势，导体棒的电阻相当于电源的内阻，感应电流I＝eq \f(Blv,R＋r).
(2)受力分析：导体棒受到安培力及其他力，安培力F安＝BIl＝eq \f(B2l2v,R＋r)，根据牛顿第二定律：F合＝ma.
(3)过程分析：由于安培力是变力，导体棒做变加速运动或变减速运动，当加速度为零时，达到稳定状态，最后做匀速直线运动，根据共点力的平衡条件列方程：F合＝0.
4. 电磁感应中电量求解
（1）利用法拉第电磁感应定律
由
整理得： 若是单棒问题
（2）利用动量定理
单棒无动力运动时
-BILΔt=mv2-mv1 又
整理得： BLq= mv1-mv2
【例题3】如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下．导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．
(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图．
(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小．
(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．
(4)若从开始下滑到最大速度时，下滑的距离为x,求这一过程中通过电阻R的电量q.
【演练3】（多选）如图所示，电阻不计间距为L的光滑平行导轨水平放置，导轨左端接有阻值为R的电阻，以导轨的左端为原点，沿导轨方向建立x轴，导轨处于竖直向下的磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一根电阻也为R、质量为m的金属棒垂直于导轨放置于x0处，不计金属棒与轨道间接触电阻，现给金属棒沿x轴正方向的初速度v0，金属棒刚好能运动到2 x0处，则在金属棒运动过程中
A、金属棒做匀减速直线运动
B、通过电阻R的电荷量为
C、金属棒运动到1.5 x0处时速度大小为
D、金属棒运动到1.5 x0处时速度大小为
电磁感应中的能量转化与守恒
1．电磁感应中的能量转化特点
外力克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化成电能；感应电流通过电路做功又把电能转化成其他形式的能(如内能)．这一功能转化途径可表示为：
eq \x(其他形式的能)eq \(――→,\s\up11(外力克服),\s\d4(安培力做功))eq \x(电能)eq \(――→,\s\up11(电流),\s\d4(做功))eq \x(其他形式的能)
2．求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思路
(1)分析回路，分清电源和外电路．
(2)分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化．如：
①有摩擦力做功，必有内能产生；
②有重力做功，重力势能必然发生变化；
③克服安培力做功，必然转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能．
(3)列有关能量的关系式．
3．焦耳热的计算技巧
(1)感应电路中电流恒定，焦耳热Q＝I2Rt.
(2)感应电路中电流变化，可用以下方法分析：
①利用功能关系，产生的焦耳热等于克服安培力做的功，即Q＝W安．而克服安培力做的功W安可由动能定理求得．
②利用能量守恒，即感应电流产生的焦耳热等于其他形式能量的减少，即Q＝ΔE其他．
【例题4】
如图所示，光滑平行足够长的金属导轨固定在绝缘水平面上，导轨范围内存在磁场，其磁感应强度大小为B，方向竖直向下，导轨一端连接阻值为R的电阻.在导轨上垂直导轨放一长度等于导轨间距L、质量为m的金属棒，其电阻为r.金属棒与金属导轨接触良好.金属棒在水平向右的恒力F作用下从静止开始运动，经过时间t后开始匀速运动，金属导轨的电阻不计.求：
(1)金属棒匀速运动时回路中电流大小；
(2)金属棒匀速运动的速度大小以及在时间t内通过回路的电荷量.
(3)若在时间t内金属棒移动的位移为x，求电阻R上产生的热量.
【演练4】(多选)如图所示，相距为d的两条水平虚线L1、L2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B，正方形线圈abcd边长为L（L