高二物理电磁感应现象的综合应用通用版精识精讲.doc

高二物理电磁感应现象的综合应用通用版 【本讲主要内容】 电磁感应现象的综合应用 本讲主要学习电磁感应规律的综合应用，解决电磁感应中的综合问题。 ［本讲教学目的、要求］ 通过电磁感应综合题目的分析与解答，建立力、电、磁三部分知识之间的联系，会处理电磁感应图像问题和电磁感应中受力与运动情况的动态分析问题；掌握电磁电路的分析与计算以及电磁感应中的能量转换。 【知识掌握】 【知识点精析】 电磁感应的综合题不仅涉及法拉第电磁感应定律，它还涉及力学、热学、静电场、直流电路、磁场等许多内容，主要反映在以下几方面： 1. 因导体的切割运动或电路中磁通量的变化，产生感应电流，使导体受到安培力的作用，从而直接影响到导体或线圈的运动。 2. 因导体的切割运动或电路中磁通量的变化，产生感应电动势等效为电源，与外部电路组合为闭合电路。 3. 以电磁感应现象中产生的电能为核心，综合着各种不同形式的能（如机械能、内能等）的转化。 4. 电磁感应的综合题有两种基本类型，一是电磁感应与电路、电场的综合；二是电磁感应与磁场、导体的受力和运动的综合；或是这两种基本类型的复合题，题中电磁现象、力现象相互联系，相互影响和制约，其基本形式如下： 电磁感应现象的综合应用题综合程度高，涉及的知识面广，解题时可将问题分解为两部分——电学部分和力学部分。 （1）电学部分思路：将产生感应电动势的那部分电路等效为电源，如果在一个电路中切割磁感线的是几部分导体，可等效成电池的串并联，分析内外电路结构，应用闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律理顺电学量之间的关系。 （2）力学部分思路：分析通电导体的受力情况及力的效果，应用牛顿定律、动量定理、动量守恒、动能定理、机械能守恒等规律理顺力学量之间的关系。 然后抓住“电磁感应”及“磁场对电流的作用”这两条将电学量与力学量相联系的纽带，遵循在全过程中系统机械能、电能、内能之间相互转化和守恒的规律，则问题总能迎刃而解。 【解题方法指导】 例1. 如图所示，MN、PQ是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感强度为B。在导轨的M、P端连接一个阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，从静止释放开始沿导轨下滑，求ab棒的最大速度。（要求画出ab棒的受力图，已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨和金属棒的电阻不计） ［分析与解］处理电磁感应中受力与运动情况的动态分析问题的思考方法是：电磁感应现象中产生感应电动势—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，循环结束时，加速度等于零，导体达到稳定运动状态。要画好受力图，抓住a=0时，速度v达最大值的特点，此题中ab下滑做切割磁感线运动，产生的感应电流方向及受力如图所示， 有：ε=BLv，F=BIL， ， 由上几式得。 在ab下滑过程中v增大，a减小，ab做加速度逐渐减小的加速运动，当a=0时，速度达到最大值，设为，则有，所以。 方法指导：解导线非匀速切割磁感线之类题时一定要抓住当a=0时，速度达到最大值这一结论求导线的最大速度。 例2. 在图示装置中，a、b是两根平行直导轨，MN和OP是垂直跨在a、b上并可左右滑动的两根平行直导线，每根长为L。导轨上接入阻值分别为R和2R的两个电阻和一个板长为L、间距为d的平行板电容器，整个装置放在磁感应强度为B，垂直导轨平面的匀强磁场中，当用外力使MN以速率2v向右匀速滑动，OP以速率v向左匀速滑动时，两板间正好能平衡一个质量为m的带电微粒。试问：（1）微粒带何种电荷？电量是多少？（2）外力的机械功率和电路中的电功率各是多少？ ［分析与解］两导线向左、右移动时，切割磁感线，产生感应电动势，相当两个顺向串联的电池，使得电容器两板分配到一定的电压，从而使其中的微粒悬浮。 （1）MN右滑时，切割磁感线产生的感应电动势ε1=2BLv，方向由N指向M，OP左滑时产生的感应电动势ε2=BLv，方向由O指向P，两者同时滑动时，MN和OP可以看成两个顺向串联的电源，电路中总的电动势ε=ε1+ε2=3BLv，方向沿NMOP。 由全电路欧姆定律，得电路中的电流强度，方向沿NMOPN。电容器两端的电压相当于把电阻R看作电源NM的内电阻时的路端电压，即。由于上板电势比下板高，故在两板间形成的匀强电场方向竖直向下，可见悬浮于两极间的微粒必带负电。 设微粒的电量为q，由平衡条件mg=Eq=qU/E得： （2）MN和OP两导线所受安培力均为，其方向都与它们的运动方向相反。匀速滑动时所加外力应满足，因此，外力做功的机械功率，电路中产生感应电流总的电功率。 方法指导：解导体切割磁感线的问题时，通常