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专题复习:电磁感应规律综合应用专题复习:电磁感应规律的综合应用
高中物理辅导讲义—实验部分
2014届高三物理专题复习 电磁感应规律的综合应用
PAGE
汉寿县第一中学—物理教研组田友华
第 PAGE 19页
电磁感应规律的综合应用
【命题趋向】
电磁感应综合问题往往涉及力学知识(如牛顿运动定律、功、动能定理、能量守恒定律等)、电学知识(如电磁感应定律、楞次定律、直流电路知识、磁场知识等)等多个知识点,突出考查考生理解能力、分析综合能力,尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力。在备考中应给予高度重视。
【考点透视】
电磁感应是电磁学的重点,是高中物理中难度较大、综合性最强的部分。这一章是高考必考内容之一。如感应电流产生的条件、方向的判定、自感现象、电磁感应的图象问题,年年都有考题,且多为计算题,分值高,难度大,而感应电???势的计算、法拉第电磁感应定律,因与力学、电路、磁场、能量、动量等密切联系,涉及知识面广,综合性强,能力要求高,灵活运用相关知识综合解决实际问题,成为高考的重点。因此,本专题是复习中应强化训练的重要内容。
【例题解析】
一、电磁感应与电路
题型特点:闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体在做切割磁感线运动,在回路中将产生感应电动势,回路中将有感应电流。从而讨论相关电流、电压、电功等问题。其中包含电磁感应与力学问题、电磁感应与能量问题。
解题基本思路:
1.产生感应电动势的导体相当于一个电源,感应电动势等效于电源电动势,产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻.
2.电源内部电流的方向是从负极流向正极,即从低电势流向高电势.
3.产生感应电动势的导体跟用电器连接,可以对用电器供电,由闭合电路欧姆定律求解各种问题.
4.解决电磁感应中的电路问题,必须按题意画出等效电
路,其余问题为电路分析和闭合电路欧姆定律的应用.
a
O
ω
b
例1. 如图所示,金属圆环的半径为R,电阻的值为2R.金属杆oa一端可绕环的圆心O旋转,另一端a搁在环上,电阻值为R.另一金属杆ob一端固定在O点,另一端B固定在环上,电阻值也是R.加一个垂直圆环的磁感强度为B的匀强磁场,并使oa杆以角速度ω匀速旋转.如果所有触点接触良好,ob不影响oa的转动,求流过oa的电流的范围.
解析:Oa 旋转时产生感生电动势,
大小为:,E=1/2×Bωr2
当Oa到最高点时,等效电路如图甲所示:
Imin =E/2.5R= Bωr2 /5R
当Oa与Ob重合时,环的电阻为0,等效电路如图
b
a
R
O
a
b
O
R
R
乙
甲
16乙示:
Imax =E/2R= Bωr2 /4R
∴ Bωr2 /5R<I < Bωr2 /4R
二、电磁感应电路中的电量分析问题
例2. 一质量为m、电阻为r的金属杆ab,以一定的初速度v0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行,导轨平面与水平面成30°角,两导轨上端用一电阻R相连,如右图所示,磁场垂直斜面向上,导轨的电阻不计,金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端时的速度大小为v。则下列选项不正确的是( D )
A.向上滑行的时间小于向下滑行的时间
B.在向上滑行时电阻R上产生的热量大于向下滑行时电阻R上产生的热量
C.向上滑行时与向下滑行时通过电阻R的电荷量相等
三、电磁感应中的单导轨问题
例3. 平行轨道PQ、MN两端各接一个阻值R1=R2 =8 Ω的电热丝,轨道间距L=1 m,轨道很长,本身电阻不计,轨道间磁场按如图所示的规律分布,其中每段垂直纸面向里和向外的磁场区域宽度为2 cm,磁感应强度的大小均为B=1 T,每段无磁场的区域宽度为1 cm,导体棒ab本身电阻r=1Ω,与轨道接触良好,现让ab以v=10 m/s的速度向右匀速运动.求:
(1)当ab处在磁场区域时,ab中的电流为多大?ab两端的电压为多大?ab所受磁场力为多大?
(2)整个过程中,通过ab的电流是否是交变电流?若是,则其有效值为多大?并画出通过ab的电流随时间的变化图象.
解:(1)感应电动势E=BLv=10 V,
ab中的电流I= =2 A,
ab两端的电压为U=IR12=8 V,
ab所受的安培力为F=BIL=2 N,方向向左.
(2)是交变电流,ab中交流电的周期T=2+ 2=0. 006 s,由交流电有效值的定义,可得I2R(2)=2RT,即。
通过ab的电流随时间变化图象如图所示.
四、电磁感应中的双导轨问题
例4. 如图所示,平行且足够长的两条光滑金属导轨,相距0.5m,与水平面夹角为30°,不电阻,广阔的匀强磁场垂直穿过导轨平面,磁感应强度B=0.4T,垂直导轨放置两金属棒ab和cd,长度均为0.5m,电阻均为0.1Ω,质量分别为0.1
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