电磁感应电路分析与电源分析

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1、电磁感应电路分析与电源分析高考对电磁感应电路的考查命题，常以学科内综合题目呈现，涉及电磁感应定律、直流电路、功、动能定理、能量转化与守恒等多个知识点，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。变换物理模型，将陌生的物理模型与熟悉的物理模型相比较，分析异同并从中挖掘其内在联系，从而建立起熟悉模型与未知现象之间相互关系。例1例1如图所示，MN、PQ为两平行金属导轨，M、P间连有一阻值为R的电阻，导轨处于匀强磁场中，磁感应强度为B，磁场方向与导轨所在平面垂直，图中磁场垂直纸面向

2、里.有一金属圆环沿两导轨滑动，速度为v，与导轨接触良好，圆环的直径d与两导轨间的距离相等.设金属环与导轨的电阻均可忽略，当金属环向右做匀速运动时A.有感应电流通过电阻R，大小为B.有感应电流通过电阻R，大小为C.有感应电流通过电阻R，大小为D.没有感应电流通过电阻R错解分析：（1）搞不清电源的连接情况（2）搞不清切割磁感线的有效长度解题方法与技巧：将圆环转换为并联电源模型，如图，两电源应为并联关系，答案为B例2例2两根相距d=0.20m的平行金属长导轨固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的磁感应强

3、度B=0.20T，导轨上面横放着两条金属细杆，构成矩形闭合回路.每条金属细杆的电阻为r=0.25Ω，回路中其余部分的电阻可不计，已知两金属细杆在平行导轨的拉力作用下沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是v=5.0m/s，如图所示，不计导轨上的摩擦.（1）求作用于每条金属细杆的拉力的大小.（2）求两金属细杆在间距增加0.40m的滑动过程中共产生的热量.错解分析：（1）不会用能量的观点解决问题（2）搞不清两电源串联关系解题方法与技巧：（1）设匀强磁场方向竖直向上。在两金属杆匀速平移的过程中，等效电路如图所示，即两杆可

4、以等效为两个串联的同样的电源（E0）。根据能量转化和守恒定律，当杆匀速运动时，两拉力（F）的机械总功率等于闭合电路的热功率，即所以，每根金属杆受到的拉力大小为（2）在两金属杆增加距离ΔL的过程中，产生的热量就等于两拉力所做的功，即Ｑ＝2FΔL／2＝FΔL＝1.28×10-2J例3据报道，美国"阿特兰蒂斯"号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验，实验取得了部分成功.航天飞机在地球赤道上空离地面约3000km处由东向西飞行，相对地面速度大约6.5×103m/s，从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星，携带一根长20km

5、，电阻为800Ω的金属悬绳，使这根悬绳与地磁场垂直，做切割磁感线运动.假定这一范围内的地磁场是均匀的.磁感应强度为4×10-5T，且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同.根据理论设计，通过电离层（由等离子体组成）的作用，悬绳可以产生约3A的感应电流，试求：（1）金属悬绳中产生的感应电动势；（2）悬绳两端的电压；（3）航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能（已知地球半径为6400km）.错解分析：不能于现实情景中构建模型（切割磁感线的导体棒模型）并进行模型转换（转换为电源模型及直流电路模型）解题方法与技巧：将

6、飞机下金属悬绳切割磁感线产生感应电动势看作电源模型，当它通过电离层放电可看作直流电路模型.如图15-4所示.（1）金属绳产生的电动势：E=Blv=4×10-5×20×103×6.5×103V＝5.2×103V（2）悬绳两端电压，即路端电压可由闭合电路欧姆定律得：U=E-Ir=5.2×103-3×800　V＝2.8×103V（3）飞机绕地运行一周所需时间t==s＝9.1×103s则飞机绕地运行一圈输出电能：E=UIt=2800×3×9.1×103Ｊ＝７.6×107Ｊ例4例4如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B

7、=0.5T，并且以=0.1T/s在变化，水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽0.5m的导轨上放一电阻R0=0.1Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量M=0.2kg的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4Ω，图中的l=0.8m，求至少经过多长时间才能吊起重物.错解分析：（1）不善于逆向思维，采取执果索因的有效途径探寻解题思路；（2）实际运算过程忽视了B的变化，将B代入F安=BIlab，导致错解.解题方法与技巧：由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势：E=①由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流I＝②由于安培力方向向左

8、，应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向（由上往下看）.再根据楞次定律可知磁场增加，在t时磁感应强度为：B′＝（B＋·t）③此时安培力为F安=B′Ilab④由受力分析可知F安=mg⑤由①②③④⑤式并代入数据：t=495s小结：电磁感应电路的分析与计算以其覆盖知识点多，综合性强，思维含量高，充分体现考生能力和素质等特点，成为历届高考命题的特点。解决电磁感应电路问题的关键就