高二物理下期电磁感应专题复习二

天全中学高二物理备课组敖萍1电磁感应专题复习二电磁感应的综合应用知识点一——电磁感应中的电路问题1．求解电磁感应中电路问题的关键是分析清楚内电路和外电路。“切割”磁感线的导体和磁通量变化的线圈都相当于“电源”，该部分导体的电阻相当于内电阻，而其余部分的电路则是外电路。2．几个概念（1）电源电动势或。（2）电源内电路电压降，r是发生电磁感应现象导体上的电阻。（r是内电路的电阻）（3）电源的路端电压U，（R是外电路的电阻）。例：图中EF、GH为平行的金属导轨，其电阻可不计，R为电阻器，C为电容器，AB为可在EF和GH上滑动的导体横杆。有均匀磁场垂直于导轨平面。若用和分别表示图中该处导线中的电流，则当横杆AB（）A．匀速滑动时，=0，=0B．匀速滑动时，≠0，≠0C．加速滑动时，=0，=0D．加速滑动时，≠0，≠0知识点二——电磁感应中的动力学问题1．受力情况、运动情况的动态分析思路导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→……周而复始地循环，直至最终达到稳定状态，此时加速度为零，而速度v通过加速达到最大值，做匀速直线运动或通过减速达到稳定值做匀速直线运动。例：水平放置的光滑导轨和间接有电阻R，导轨左右区域分别处于不同方向的匀强磁场中，磁场方向如图所示，磁感应强度分别为和，虚线为两区域的分界线，一根金属棒ab放在导轨上且与其垂直，金属棒与导轨电阻均不计，金属棒在水平向右的恒力F作用下，经过左、右两区域，已知金属棒在左面区域中恰好做速度为v的匀速运动，则金属棒进人入右面区域中，下列说法不正确的是（）天全中学高二物理备课组敖萍2A．若，金属棒所受磁场力方向不变，金属棒仍做匀速运动B．若，金属棒所受磁场力方向改变，金属棒不再做匀速运动C．若，金属棒先做加速运动，然后以大于v的速度做匀速运动D．若，恒力F对金属棒做功的功率将先变小后不变知识点三——电磁感应中的能量转化问题1．电磁感应过程往往涉及多种能量的转化如图所示金属棒ab沿导轨由静止下滑时，重力势能减少，一部分用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能，最终在R上转化为焦耳热；另一部分转化为金属棒的动能，若导轨足够长，棒最终达到稳定状态匀速运动时，减小的重力势能完全用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能．因此，从功和能的观点入手，分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系，是解决电磁感应中能量问题的重要途径之一。2．安培力做功和电能变化的特定对应关系“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能。例：如图所示，ab、cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架。除bc段电阻为R，其余电阻均不计，ef是一条不计电阻的金属杆，杆两端与ab和cd接触良好且能无摩擦下滑，下滑时ef始终处于水平位置，整个装置处于垂直框面的匀强磁场中，ef从静止下滑，经过一段时间后闭合开关S，则在闭合S后（）A．ef的加速度可能大于gB．闭合S的时刻不同，ef的最终速度也不同C．闭合S的时刻不同，ef最终匀速运动时电流的功率也不同D．ef匀速下滑时，减少的机械能等于电路消耗的电能知识点四——电磁感应中的图象问题1．电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图象，即B一t图象、一t图象、E一t图象和I一t图象。对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象，即E一x图象和I一x图象。例：如图所示的虚线上方空间有垂直于线框平面的匀强磁场，直角扇形导线框绕垂直于线框平面的轴天全中学高二物理备课组敖萍3O以角速度匀速转动。设线框中感应电流方向以顺时针方向为正方向，那么在图中能正确描述线框从图所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流随时间变化情况的是（）1、两根光滑的长直金属导轨、平行置于同一水平面内，导轨间距为l，电阻不计，M、处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C。长度也为l、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为s的过程中，整个回路中产生的焦耳热为Q。求：（1）ab运动速度v的大小；（2）电容器所带的电荷量q。【变式】如图所示，两条平行的光滑水平导轨上，用套环连着一质量为0.2kg、电阻为2Ω的导体杆ab，导轨间匀强磁场的方向垂直纸面向里。已知=3Ω，=6Ω，电压表的量程为0～10V，电流表的量程为0～3A（导轨的电阻不计）。求：（1）将R调到30Ω时，用垂直于杆ab的力F=40N，使杆ab沿着导轨向右移动且达到最大速度时，两表中有一表的示数恰好满量程，另一表又能安全使用，则杆ab的速度多大？（2）将R调到3Ω时，欲使杆ab运动达到稳定状态时，两表中有一表的示数恰好满量程，另一表又能安全使用，则拉力应为多大？（3）在第（1）小题的条件下，当杆ab运动达到最大速度时突然撤去拉力，则电阻上还能产生多少热量？2、如图所示，ef、gh为水平放置的足够长的平行光滑导轨，导轨间距为L=1m，导轨左端连接一个R=2Ω的电阻，将一根质量为0.2kg的金属棒cd垂直放置在导轨上，且与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻均不计。整个装置放在磁感应强度为B=2T的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现对金属棒施加一水平向右的拉力F，使棒从静止开始向右运动。试求：（1）若施加的水平外力恒为F=8N，则金属棒达到的稳定速度是多少？（2）若施加的水平外力的功率恒为P=18W，则金属棒达到的稳定速度是多少？（3）若施加的水平外力的功率恒为P=18W，且从金属棒开始运动到速度=2m/s的过程中电阻R产生的热量为8.6J，则该过程所需的时间是多少？天全中学高二物理备课组敖萍43、如图所示，固定的水平光滑金属导轨，间距为L，左端接有阻值为R的电阻，处在方向竖直、磁感应强度为B的匀强磁场中，质量为m的导体棒与固定弹簧相连，放在导轨上，导轨与导体棒的电阻均可忽略．初始时刻，弹簧恰处于自然长度，导体棒具有水平向右的初速度。在沿导轨往复运动的过程中，导体棒始终与导轨垂直并保持良好接触。（1）求初始时刻导体棒受到的安培力。（2）若导体棒从初始时刻到速度第一次为零时，弹簧的弹性势能为，则这一过程中安培力所做的功和电阻R上产生的焦耳热分别为多少?【变式】如图所示，一宽度为L的光滑金属导轨放置于竖直平面内，质量为m的金属棒ab沿金属导轨由静止开始保持水平自由下落，进入高h、方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场区域。设金属棒与金属导轨始终保持良好接触，ab棒穿出磁场前已开始做匀速运动，且ab棒穿出磁场时的速度为进入磁场时速度的。已知ab棒最初距磁场上边界的距离为4h，定值电阻的阻值为R，棒及金属导轨电阻忽略不计，重力加速度为g。求：（1）在此过程中电阻R产生的热量Q的大小；（2）金属棒穿出磁场时电阻R消耗的功率大小。4、一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面（纸面）向里，如图（甲）所示。磁感应强度B随t的变化规律如图（乙）所示。以I表示线圈中的感应电流，以图（甲）中线圈上箭头所示方向的电流为正，则以下的图中正确的是（）