2019年高考物理 考前沖刺30天 第七講 必考計算題 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用課件.ppt

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第七講 必考計算題7電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用 內(nèi)容索引 課時訓(xùn)練 電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用 例1如圖1所示 光滑的 形金屬導(dǎo)體框豎直放置 除圖中已標阻值為R的電阻外 其余電阻不計 質(zhì)量為m的金屬棒MN與框架接觸良好 在區(qū)域abcd和cdef內(nèi) 存在磁感應(yīng)強度大小分別為B1 B B2 2B的有界勻強磁場 方向均垂直于框架平面向里 兩豎直導(dǎo)軌ae與bf間距為L 現(xiàn)從圖示位置由靜止釋放金屬棒MN 當(dāng)金屬棒進入磁場B1區(qū)域后恰好做勻速運動 求 1 金屬棒進入磁場B1區(qū)域后的速度大小 命題點一電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題 圖1 解析答案 解析當(dāng)金屬棒進入磁場B1區(qū)域后恰好做勻速運動 說明金屬棒所受的安培力與重力大小相等 方向相反 則F1 B1I1L BI1L mg 2 金屬棒剛進入磁場B2區(qū)域時的加速度大小 解析金屬棒剛進入磁場B2區(qū)域時 由楞次定律判斷知所受的安培力方向豎直向上 方法感悟 圖1 把 1 問求得的v代入 可得F2 4mg根據(jù)牛頓第二定律得 F2 mg ma得a 3g 答案3g 解析答案 方法感悟 用 四步法 分析電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題解決電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題的一般思路是 先電后力 具體思路如下 1 進行 源 的分析 分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源 求出電源的參數(shù)E和r 2 進行 路 的分析 分析電路結(jié)構(gòu) 明確串 并聯(lián)的關(guān)系 求出相關(guān)部分的電流大小 以便求解安培力 3 力 的分析 分析研究對象 常是金屬桿 導(dǎo)體線圈等 的受力情況 尤其注意其所受的安培力 4 進行 運動 狀態(tài)的分析 根據(jù)力和運動的關(guān)系 判斷出正確的運動模型 1 小明同學(xué)設(shè)計了一個 電磁天平 如圖2所示 等臂天平的左臂為掛盤 右臂掛有矩形線圈 兩臂平衡 線圈的水平邊長L 0 1m 豎直邊長H 0 3m 匝數(shù)為N1 線圈的下邊處于勻強磁場內(nèi) 磁感應(yīng)強度B0 1 0T 方向垂直線圈平面向里 線圈中通有可在0 2 0A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的電流I 掛盤放上待測物體后 調(diào)節(jié)線圈中電流使天平平衡 測出電流即可測得物體的質(zhì)量 重力加速度取g 10m s2 題組階梯突破 1 2 圖2圖3 1 2 1 為使電磁天平的量程達到0 5kg 線圈的匝數(shù)N1至少為多少 解析題中 電磁天平 中的線圈受到安培力F N1B0IL由天平平衡可知 mg N1B0IL代入數(shù)據(jù)解得 N1 25匝 答案25匝 解析答案 2 2 進一步探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象 另選N2 100匝 形狀相同的線圈 總電阻R 10 不接外電流 兩臂平衡 如圖3所示 保持B0不變 在線圈上部另加垂直紙面向外的勻強磁場 且磁感應(yīng)強度B隨時間均勻變大 磁場區(qū)域?qū)挾萪 0 1m 當(dāng)掛盤中放質(zhì)量為0 01kg的物體時 天平平衡 求此時磁感應(yīng)強度的變化率 圖3 解析答案 1 2 線圈受到的安培力F N2B0I L 答案0 1T s 1 2 2018 10月浙江選考 如圖4甲所示 質(zhì)量m 3 10 3kg的 形金屬細框豎直放置在兩水銀槽中 形框的水平細桿CD長l 0 20m 處于磁感應(yīng)強度大小B1 1 0T 方向水平向右的勻強磁場中 有一匝數(shù)n 300匝 面積S 0 01m2的線圈通過開關(guān)K與兩水銀槽相連 線圈處于與線圈平面垂直的 沿豎直方向的勻強磁場中 其磁感應(yīng)強度B2的大小隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示 2 圖4 1 2 1 求0 0 10s線圈中的感應(yīng)電動勢大小 答案30V 解析答案 1 2 2 t 0 22s時閉合開關(guān)K 若細桿CD所受安培力方向豎直向上 判斷CD中的電流方向及磁感應(yīng)強度B2的方向 解析電流方向C DB2方向向上 答案電流方向C DB2方向向上 解析答案 1 3 t 0 22s時閉合開關(guān)K 若安培力遠大于重力 細框跳起的最大高度h 0 20m 求通過細桿CD的電荷量 解析答案 或由動量定理F t mv 0 安培力F IB1l Q I tv2 2gh 答案0 03C 2 1 例2 2018 浙江10月學(xué)考 22 為了探究電動機轉(zhuǎn)速與彈簧伸長量之間的關(guān)系 小明設(shè)計了如圖5所示的裝置 半徑為l的圓形金屬導(dǎo)軌固定在水平面上 一根長也為l 電阻為R的金屬棒ab一端與導(dǎo)軌接觸良好 另一端固定在圓心處的導(dǎo)電轉(zhuǎn)軸OO 上 由電動機A帶動旋轉(zhuǎn) 在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面 大小為B1 方向豎直向下的勻強磁場 另有一質(zhì)量為m 電阻為R的金屬棒cd用輕質(zhì)彈簧懸掛在豎直平面內(nèi) 并與固定在豎直平面內(nèi)的 U 型導(dǎo)軌保持良好接觸 導(dǎo)軌間距為l 底部接阻值也為R的電阻 處于大小為B2 方向垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強磁場中 命題點二動力學(xué)和能量觀點的綜合應(yīng)用 圖5 從圓形金屬導(dǎo)軌引出導(dǎo)線和通過電刷從轉(zhuǎn)軸引出導(dǎo)線經(jīng)開關(guān)S與 U 型導(dǎo)軌連接 當(dāng)開關(guān)S斷開 棒cd靜止時 彈簧伸長量為x0 當(dāng)開關(guān)S閉合 電動機以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動 棒cd再次靜止時 彈簧伸長量變?yōu)閤 不超過彈性限度 不計其余電阻和摩擦等阻力 求此時 1 通過棒cd的電流Icd 解析答案 由右手定則 電流方向由a到b 2 電動機對該裝置的輸出功率P 解析答案 3 電動機轉(zhuǎn)動角速度 與彈簧伸長量x之間的函數(shù)關(guān)系 解析S斷開時 由平衡條件kx0 mgS閉合時 由平衡條件kx B2Icdl mg 方法感悟 解析答案 方法感悟 解決電磁感應(yīng)動力學(xué)及能量問題的一般思路1 電路分析 確定電源 畫出等效電路 明確內(nèi) 外電路 分析電路的串 并聯(lián)關(guān)系 2 受力分析 注意導(dǎo)體棒所受的安培力大小和方向 3 運動分析 對運動過程進行 慢進 式推理分析 應(yīng)用牛頓第二定律對運動過程中各物理量進行分析 4 能量分析 分析運動過程中各力做功情況 明確能量轉(zhuǎn)化形式 5 規(guī)律分析 根據(jù)牛頓第二定律 運動學(xué)方程 動能定理 能量守恒定律合理組合優(yōu)化 3 如圖6甲所示 在一傾角為37 的粗糙絕緣面上 靜止地放置著一個匝數(shù)n 10匝的正方形線圈ABCD E F分別為AB CD的中點 線圈總電阻R 2 0 總質(zhì)量m 0 2kg 正方形邊長L 0 4m 如果向下輕推一下此線圈 則它剛好可沿斜面勻速下滑 現(xiàn)在將線圈靜止放在斜面上后 在虛線EF以下的區(qū)域中 加上垂直斜面方向的 磁感應(yīng)強度大小按圖乙所示規(guī)律變化的磁場 最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 sin37 0 6 cos37 0 8 求 題組階梯突破 3 4 圖6 1 t 1s時刻 線圈中的感應(yīng)電流大小I 3 4 答案0 2A 解析答案 解得E 0 4V 2 從t 0時刻開始經(jīng)過多長時間線圈剛要開始運動 3 4 答案4s 解析由受力分析可知Ff mgsin37 F mgsin37 FfF nBIL解得B 3TB 1 0 5t則t 4s 解析答案 3 從t 0時刻開始到線圈剛要運動 線圈中產(chǎn)生的熱量Q 3 4 答案0 32J 解析由焦耳定律可得Q I2RtQ 0 32J 解析答案 4 如圖7所示 MN PQ為間距L 0 5m的足夠長平行導(dǎo)軌 NQ MN 導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角 37 NQ間連接有一個R 5 的電阻 有一勻強磁場垂直于導(dǎo)軌平面 磁感應(yīng)強度為B0 1T 將一根質(zhì)量為m 0 05kg的金屬棒ab緊靠NQ放置在導(dǎo)軌上 且與導(dǎo)軌接觸良好 導(dǎo)軌與金屬棒的電阻均不計 現(xiàn)由靜止釋放金屬棒 金屬棒沿導(dǎo)軌向下運動過程中始終與NQ平行 已知金屬棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù) 0 5 當(dāng)金屬棒滑行至cd處時達到穩(wěn)定速度 cd距離NQ為s 2m 問 sin37 0 6 cos37 0 8 3 4 圖7 1 當(dāng)金屬棒滑行至cd處時回路中的電流是多大 3 4 圖7 解析達到穩(wěn)定速度時 有F B0IL由平衡條件有mgsin F mgcos 答案0 2A 解析答案 2 金屬棒達到的穩(wěn)定速度是多大 3 4 解析金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E B0Lv 答案2m s 解析答案 3 當(dāng)金屬棒滑行至cd處時回路中產(chǎn)生的焦耳熱是多少 3 4 解析根據(jù)能量守恒得 減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 克服摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能和回路中產(chǎn)生的焦耳熱 則有 答案0 1J 解析答案 返回 課時訓(xùn)練 1 2018 湖州市聯(lián)考 在范圍足夠大 方向豎直向下的勻強磁場中 磁感應(yīng)強度B 0 2T 有一水平放置的光滑U形金屬框架 寬度l 0 4m 如圖1所示 框架上放置一質(zhì)量為0 05kg 電阻為1 的金屬桿cd 框架電阻不計 若桿cd以恒定加速度a 2m s2由靜止開始做勻變速運動 則 1 在5s內(nèi)平均感應(yīng)電動勢是多少 圖1 答案0 4V 1 2 3 4 5 解析答案 2 第5s末 回路中的電流是多大 答案0 8A 解析第5s末 v at 10m s此時感應(yīng)電動勢 E Blv 1 2 3 4 5 解析答案 3 第5s末 作用在桿cd上的水平外力是多大 答案0 164N 解析桿cd勻加速運動 由牛頓第二定律得F F安 ma即F BIl ma 0 164N 1 2 3 4 5 解析答案 2 如圖2所示 足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌水平放置 寬度L 0 4m 一端連接R 1 的電阻 導(dǎo)軌所在空間存在豎直向下的勻強磁場 磁感應(yīng)強度B 1T 導(dǎo)體棒MN放在導(dǎo)軌上 其長度恰好等于導(dǎo)軌間距 與導(dǎo)軌接觸良好 導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計 在平行于導(dǎo)軌的拉力F作用下 導(dǎo)體棒沿導(dǎo)軌向右勻速運動 速度v 5m s 求 圖2 1 2 3 4 5 1 感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I 解析由法拉第電磁感應(yīng)定律可得E BLv 1 0 4 5V 2V 方向沿導(dǎo)體棒由N M 答案2V2A 1 2 3 4 5 解析答案 圖2 2 在0 1s時間內(nèi) 拉力的沖量IF的大小 解析拉力的大小等于安培力的大小F BIL 1 2 0 4N 0 8N沖量的大小IF F t 0 8 0 1N s 0 08N s 答案0 08N s 1 2 3 4 5 解析答案 圖2 3 若將MN換為電阻r 1 的導(dǎo)體棒 其他條件不變 求導(dǎo)體棒兩端的電壓U 解析由閉合電路歐姆定律可得電路中的電流為 答案1V 導(dǎo)體棒兩端的電壓U I R 1 1V 1V 1 2 3 4 5 解析答案 圖2 3 如圖3所示 一對光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi) 導(dǎo)軌足夠長且電阻不計 導(dǎo)軌間距l(xiāng) 0 5m 左端接有阻值R 0 3 的電阻 一質(zhì)量m 0 1kg 電阻r 0 1 的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上 整個裝置置于豎直向上的勻強磁場中 磁場的磁感應(yīng)強度B 0 4T 棒在水平向右的外力作用下 由靜止開始以a 2m s2的加速度做勻加速運動 當(dāng)通過電阻R的電荷量為q 4 5C時撤去外力 之后棒繼續(xù)運動一段距離后停下來 已知撤去外力前后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1 Q2 2 1 棒在運動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸 求 圖3 1 2 3 4 5 1 棒在勻加速運動過程中的位移大小x 解析棒在勻加速運動中 Blx 解得x 9m 答案9m 1 2 3 4 5 解析答案 2 撤去外力后金屬棒MN上產(chǎn)生的焦耳熱QMN 解析棒在勻加速運動過程中有 2ax v2 則v 6m s 從撤去外力到棒最終停下來的過程 答案0 45J 1 2 3 4 5 解析答案 圖3 3 外力做的功WF 解析撤去外力后回路中產(chǎn)生的熱量Q2 W安 1 8J 依題意得Q1 2Q2 2 1 8J 3 6J 外力做的功WF Q1 Q2 3 6 1 8 J 5 4J 答案5 4J 1 2 3 4 5 解析答案 圖3 4 如圖4兩根足夠長的光滑平行直導(dǎo)軌MN PQ與水平面成 角放置 兩導(dǎo)軌間距為L M P兩點間接有阻值為R的電阻 一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上 并與導(dǎo)軌垂直 整套裝置處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 磁場方向垂直于導(dǎo)軌平面向上 導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好 它們的電阻不計 現(xiàn)讓ab桿由靜止開始沿導(dǎo)軌下滑 圖4 1 2 3 4 5 1 求ab桿下滑的最大速度vmax 解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 歐姆定律 安培力公式和牛頓第二定律 1 2 3 4 5 解析答案 圖4 2 ab桿由靜止釋放至達到最大速度的過程中 電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為Q 求該過程中ab桿下滑的距離x及通過電阻R的電荷量q 1 2 3 4 5 解析答案 圖4 5 形狀如圖5所示的光滑導(dǎo)軌EF GH等高平行放置 E G間寬度為F H間寬度的2倍 虛線右側(cè)導(dǎo)軌水平且處于豎直向上的勻強磁場中 ab金屬棒的質(zhì)量為2m cd金屬棒的質(zhì)量為m 現(xiàn)讓ab從離水平軌道h高處靜止下滑 設(shè)兩種不同間距的導(dǎo)軌都足夠長 求 1 2 3 4 5 圖5 1 ab cd棒的最終速度 解析答案 解析ab自由下滑 機械能守恒 由于ab cd串聯(lián)在同一電路中 任何時刻通過的電流總相等 金屬棒有效長度關(guān)系為Lab 2Lcd故它們所受的磁場力關(guān)系為Fab 2Fcd在磁場力作用下 ab cd各做變速運動 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相反 當(dāng)Eab Ecd時 電路中感應(yīng)電流為零 安培力為零 ab cd運動趨于穩(wěn)定 1 2 3 4 5 解析答案 ab cd受安培力作用 動量均發(fā)生變化 由動量定理得 Fabt 2m v vab Fcdt mvcd 1 2 3 4 5 2 全過程中產(chǎn)生的焦耳熱 解析根據(jù)系統(tǒng)的總能量守恒可得 1 2 3 4 5 返回 解析答案