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《2020届高考物理总复习第十三单元电磁感应第2课时电磁感应的综合应用教师用书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第2讲 电磁感应的综合应用题型一电磁感应中的电路问题 1.特点:在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路相当于电源,与其他导体构成闭合的电路。因此,电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起。解决电磁感应电路问题的关键是把电磁感应的问题等效转换成恒定直流电路,然后利用电路的有关知识解决问题。2.电磁感应与电路问题的联系是电源与电路的连接问题,解决问题时要注意整合两部分的知识。正确分析感应电动势及感应电流的方向,产生感应电动势的那部分电路为电源部分,故该部分电路中的电流应为电源内部的电流,而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势;应用欧
2、姆定律分析求解电路时,注意等效电源的内阻对电路的影响;对接在电路中电表的示数要正确进行分析,特别是并联在等效电源两端的电压表,其示数表示外电压,而不是等效电源的电动势,也不是内电压。3.解题的基本方法:(1)确定电源,产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源,利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小,利用楞次定律确定其正、负极。需要强调的是,在电源内部电流是由负极流向正极的,在外部从正极流向外电路,并由负极流入电源。如无感应电流,则可以假设电流存在时的流向。(2)分析电路结构,画出等效电路图。(3)利用电路规律求解,主要有闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功和电
3、热公式。 【例1】如图甲所示,空间存在方向竖直向下、磁感应强度大小B=0.5T的匀强磁场,有两条平行的长直导轨MN、PQ处于同一水平面内,间距L=0.2m,左端连接阻值R=0.4Ω的电阻。质量m=0.1kg的导体棒cd垂直跨接在导轨上,与导轨间的动摩擦因数μ=0.2。从t=0时刻开始,通过一小型电动机对导体棒施加一个水平向右的牵引力F,使导体棒从静止开始沿导轨方向做加速运动,此过程中导体棒始终保持与导轨垂直且接触良好。除R以外其余部分的电阻均不计,取重力加速度大小g=10m/s2。 (1)若电动机保持恒定功率输出,导体棒的v-t图象如图乙所示(其中OC是曲线,CD是水平
4、直线),已知0~10s内,电阻R产生的热量Q=28J,求:①导体棒达到最大速度vm时牵引力F的大小。②导体棒从静止开始至达到最大速度vm时的位移大小。(2)若电动机保持恒定牵引力F=0.3N,且将电阻换为C=10F的电容器(耐压值足够大),如图丙所示,求t=10s时牵引力的功率。【解析】(1)①当导体棒达到最大速度后,所受合力为零,沿导轨方向有F-F安-f=0摩擦力f=μmg=0.2N感应电动势E=BLvm,感应电流I=ER安培力F安=BIL=B2L2vmR=0.25N此时牵引力F=F安+f=0.45N。②变力做功问题不能用功的定义式,在0~10s内牵引力是变力但功率恒定,
5、可根据能量守恒定律求解电动机的功率P=Fvm=4.5W电动机消耗的电能等于导体棒的动能、克服安培力做功产生的焦耳热与克服摩擦力做功产生的内能之和,有Pt=12mvm2+f·x+Q解得位移x=60m。(2)当金属棒的速度大小为v时,感应电动势E=BLv由C=QU可知,此时电容器极板上的电荷量Q=CU=CE=CBLv设在一小段时间Δt内,可认为导体棒做匀变速运动,速度增加量为Δv电容器极板上增加的电荷量ΔQ=CBL·Δv根据电流的定义式I=ΔQΔt=CBL·ΔvΔt=CBLa对导体棒受力分析,根据牛顿第二定律,有F-f-BIL=ma将I=CBLa代入上式可得a=F-fm+CB2
6、L2=0.5m/s2可知导体棒的加速度与时间无关,为一个定值,即导体棒做匀加速运动在t=10s时,v=at=5m/s,此时的功率P=Fv=1.5W。【答案】(1)①0.45N ②60m (2)1.5W 对电磁感应电源的理解:(1)电源的正负极可用右手定则或楞次定律判定,要特别注意在内电路中电流由负极到正极。(2)电磁感应电路中的电源与恒定电流的电路中的电源不同,前者是由于导体切割磁感线产生的,公式E=BLv,其大小可能变化,变化情况可根据其运动情况判断;而后者的电源电动势在电路分析中认为是不变的。(3)在电磁感应电路中,相当于电源的导体(或线圈)两端的电压与恒定电流的电路
7、中电源两端的电压一样,等于路端电压,而不等于电动势。(除非切割磁感线的导体或线圈电阻为零)【变式训练1】(2019贵州贵阳1月自测)如图所示,矩形线圈在0.01s内由原始位置Ⅰ转至位置Ⅱ。已知ad=5×10-2m,ab=20×10-2m,匀强磁场的磁感应强度B=2T,R1=R3=1Ω,R2=R4=3Ω,线圈的电阻r=0.5Ω。求:(1)平均感应电动势。(2)通过各电阻的平均电流。【解析】(1)设线圈在位置Ⅰ时,穿过它的磁通量为Φ1,线圈在位置Ⅱ时,穿过它的磁通量为Φ2,有Φ1=BSsin30°=0.01Wb,Φ2=
