电磁感应电磁感应综合应用解析
电磁感应综合问题(解析版)--2024年高考物理大题突破
电磁感应综合问题1.掌握应用动量定理处理电磁感应问题的思路。
2.掌握应用动量守恒定律处理电磁感应问题的方法。
3.熟练应用楞次定律与法拉第电磁感应定律解决问题。
4.会分析电磁感应中的图像问题。
5.会分析电磁感应中的动力学与能量问题。
电磁感应中的动力学与能量问题1(2024·河北·模拟预测)如图甲所示，水平粗糙导轨左侧接有定值电阻R =3Ω，导轨处于垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B =1T ，导轨间距L =1m 。
一质量m =1kg ，阻值r =1Ω的金属棒在水平向右拉力F 作用下由静止开始从CD 处运动，金属棒与导轨间动摩擦因数μ=0.25，金属棒的v -x 图像如图乙所示，取g =10m/s 2，求：(1)x =1m 时，安培力的大小；(2)从起点到发生x =1m 位移的过程中，金属棒产生的焦耳热；(3)从起点到发生x =1m 位移的过程中，拉力F 做的功。
【答案】(1)0.5N ；(2)116J ；(3)4.75J 【详解】(1)由图乙可知，x =1m 时，v =2m/s ，回路中电流为I =E R +r =BLv R +r=0.5A安培力的大小为F 安=IBL =0.5N (2)由图乙可得v =2x金属棒受到的安培力为F A =IBL =B 2L 2v R +r=x2(N )回路中产生的焦耳热等于克服安培力做的功，从起点到发生x =1m 位移的过程中，回路中产生的焦耳热为Q =W 安=F A x =0+0.52×1J =0.25J金属棒产生的焦耳热为Q 棒=r R +rQ =116J(3)从起点到发生x =1m 位移的过程中，根据动能定理有W F -W 安-μmgx =12mv 2解得拉力F 做的功为W F =4.75J1．电磁感应综合问题的解题思路2．求解焦耳热Q 的三种方法(1)焦耳定律：Q =I 2Rt ，适用于电流恒定的情况；(2)功能关系：Q =W 克安(W 克安为克服安培力做的功)；(3)能量转化：Q =ΔE (其他能的减少量)。
高考物理三轮冲刺：电磁感应综合应用+教案
电磁感应综合应用1.掌握电磁感应与电路结合问题的分析方法2.掌握电磁感应动力学问题的重要求解内容3.能解决电磁感应与能量结合题型4.培养学生模型构建能力和运用科学思维解决问题的能力电磁感应中的电路问题1、分析电磁感应电路问题的基本思路对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成．在闭合电路中，“相当于电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样，等于路端电压，而不等于感应电动势．【例题1】用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2m，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图所示，当磁场以10T/s的变化率增强时，线框中a、b两点间的电势差是()A．U ab＝0.1V B．U ab＝－0.1VC．U ab＝0.2V D．U ab＝－0.2V【演练1】如图所示，两个相同导线制成的开口圆环，大环半径为小环半径的2倍，现用电阻不计的导线将两环连接在一起，若将大环放入一均匀变化的磁场中，小环处在磁场外，a、b两点间电压为U1，若将小环放入这个磁场中，大环在磁场外，a、b两点间电压为U2，则()A.＝1B.＝2C.＝4D.＝【例题2】把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，一长度为2a，电阻等于R，粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求：(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压U MN；(2)圆环消耗的热功率和在圆环及金属棒上消耗的总热功率．【演练2】如图甲所示，固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨，间距d＝0.5m．右端接一阻值为4Ω的小灯泡L，在CDEF矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B按如图乙规律变化．CF长为2m．在t＝0时，金属棒从图中位置由静止在恒力F作用下向右运动到EF位置，整个过程中，小灯泡亮度始终不变．已知ab金属棒电阻为1Ω，求：(1)通过小灯泡的电流；(2)恒力F的大小；(3)金属棒的质量．电磁感应的动力学问题1．导体棒的两种运动状态(1)平衡状态——导体棒处于静止状态或匀速直线运动状态，加速度为零；(2)非平衡状态——导体棒的加速度不为零．2．两个研究对象及其关系电磁感应中导体棒既可看作电学对象(因为它相当于电源)，又可看作力学对象(因为有感应电流而受到安培力)，而感应电流I和导体棒的速度v是联系这两个对象的纽带．3．电磁感应中的动力学问题分析思路(1)电路分析：导体棒相当于电源，感应电动势相当于电源的电动势，导体棒的电阻相当于电源的内阻，感应电流I＝.(2)受力分析：导体棒受到安培力及其他力，安培力F安＝BIl＝，根据牛顿第二定律：F合＝ma.(3)过程分析：由于安培力是变力，导体棒做变加速运动或变减速运动，当加速度为零时，达到稳定状态，最后做匀速直线运动，根据共点力的平衡条件列方程：F合＝0.4. 电磁感应中电量求解（1）利用法拉第电磁感应定律由整理得：若是单棒问题（2）利用动量定理单棒无动力运动时-BILΔt=mv2-mv1 又整理得：BLq= mv1-mv2【例题3】如图甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下．导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图．(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小．(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．(4)若从开始下滑到最大速度时，下滑的距离为x,求这一过程中通过电阻R的电量q.【演练3】（多选）如图所示，电阻不计间距为L的光滑平行导轨水平放置，导轨左端接有阻值为R的电阻，以导轨的左端为原点，沿导轨方向建立x轴，导轨处于竖直向下的磁感应强度大小为B的匀强磁场中。
电磁感应规律的综合应用(解析版)-2023年高考物理压轴题专项训练(新高考专用)
压轴题07电磁感应规律的综合应用目录一，考向分析 (1)二．题型及要领归纳 (2)热点题型一以动生电动势为基综合考查导体棒运动的问题 (2)热点题型二以感生电动势为基综合考查导体棒运动的问题 (9)热点题型三以等间距双导体棒模型考动量能量问题 (16)热点题型四以不等间距双导体棒模型考动量定理与电磁规律的综合问题 (21)热点题型五以棒＋电容器模型考查力电综合问题 (27)三．压轴题速练 (33)一，考向分析1.本专题是运动学、动力学、恒定电流、电磁感应和能量等知识的综合应用，高考既以选择题的形式命题，也以计算题的形式命题。
2.学好本专题，可以极大地培养同学们数形结合的推理能力和电路分析能力，针对性的专题强化，可以提升同学们解决数形结合、利用动力学和功能关系解决电磁感应问题的信心。
3.用到的知识有：左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、平衡条件、牛顿运动定律、函数图像、动能定理和能量守恒定律等。
电磁感应综合试题往往与导轨滑杆等模型结合，考查内容主要集中在电磁感应与力学中力的平衡、力与运动、动量与能量的关系上,有时也能与电磁感应的相关图像问题相结合。
通常还与电路等知识综合成难度较大的试题，与现代科技结合密切,对理论联系实际的能力要求较高。
4.电磁感应现象中的电源与电路(1)产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
(2)在电源内部电流由负极流向正极。
(3)电源两端的电压为路端电压。
5.电荷量的求解电荷量q＝IΔt，其中I必须是电流的平均值。
由E＝n ΔΦΔt、I＝ER总、q＝IΔt联立可得q＝n ΔΦR总，与时间无关。
6.求解焦耳热Q的三种方法(1)焦耳定律：Q＝I2Rt，适用于电流、电阻不变。
(2)功能关系：Q＝W克服安培力，电流变不变都适用。
(3)能量转化：Q＝ΔE(其他能的减少量)，电流变不变都适用。
7.用到的物理规律匀变速直线运动的规律、牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等。
电磁感应的综合应用
电磁感应的综合应用制作：张宝峰 审核：解鑫品 时间：1.19学习目标1.能认识电磁感应现象中的电路结构，并能计算电动势、电压、电流、电功等.2.会分析计算电磁感应中的安培力参与的导体的运动及平衡问题..3.会分析计算电磁感应中能量的转化与转移．.4.能由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量．一电磁感应中的电路问题1．对电源的理解：在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体就是电源．如：切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等．这种电源将其他形式能转化为电能．2．对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成． 3．问题分类(1)确定等效电源的正负极、感应电流的方向、电势高低、电容器极板带电性质等问题． (2)根据闭合电路求解电路中的总电阻、路端电压、电功率等问题．(3)根据电磁感应的平均感应电动势求解电路中通过的电荷量：E ＝n ΔΦΔt ，I ＝E R 总，q ＝I Δt ＝n ΔΦR 总.特别提醒 1.判断感应电流和感应电动势的方向，都是利用“相当于电源”的部分根据右手定则或楞次定律判定的．实际问题中应注意外电路电流由高电势流向低电势，而内电路则相反．4.在闭合电路中，“相当于电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样，等于路 端电压，而不等于感应电动势．例1 如图1(a)所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距L ＝0.3 m ，导轨左端连接R ＝0.6 Ω的电阻，区域abcd 内存在垂直于导轨平面B ＝0.6 T 的匀强磁场，磁场区域宽D ＝0.2 m ．细金属棒A 1和A 2用长为2D ＝0.4 m 的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r ＝0.3 Ω.导轨电阻不计．使金属棒以恒定速度v ＝1.0 m/s 沿导轨向右穿越磁场．计算从金属棒A 1进入磁场(t ＝0)到A 2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R 的电流强度，并在图(b)中画出．二电磁感应中的动力学问题分析导体两种状态及处理方法(1)导体的平衡态——静止状态或匀速直线运动状态．处理方法：根据平衡条件合外力等于零列式分析．(2)导体的非平衡态——加速度不为零．处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析例2 如图6所示，两根足够长的光滑直金属导轨MN、PQ平行固定在倾角θ＝37°的绝缘斜面上，两导轨间距L＝1m，导轨的电阻可忽略．M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量m＝1 kg、电阻r＝0.2 Ω的均匀直金属杆ab放在两导轨上，与导轨垂直且接触良好．整套装置处于磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向下．自图示位置起，杆ab受到大小为F＝0.5v＋2(式中v为杆ab运动的速度，力F的单位为N)、方向平行导轨沿斜面向下的拉力作用，由静止开始运动，测得通过电阻R的电流随时间均匀增大．g取10 m/s2，sin 37°＝0.6.(1)试判断金属杆ab在匀强磁场中做何种运动，并请写出推理过程；(2)求电阻R的阻值；(3)求金属杆ab自静止开始下滑通过位移x＝1 m所需的时间t.三电磁感应中的能量问题分析1．过程分析(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程．(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功．此过程中，其他形式的能转化为电能．“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能．(3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能．安培力做功的过程，是电能转化为其他形式能的过程．安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．2．求解思路(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W＝UIt或Q＝I2Rt直接进行计算．(2)若电流变化，则：①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能．例3 电阻可忽略的光滑平行金属导轨长s ＝1.15 m ，两导轨间距L ＝0.75 m ，导轨倾角为30°，导轨上 端ab 接一阻值R ＝1.5 Ω的电阻，磁感应强度B ＝0.8 T 的 匀强磁场垂直轨道平面向上，如图9所示．阻值r ＝0.5Ω，质量m ＝0.2 kg 的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab 处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热Q 1＝0.1 J ．(取g ＝10 m/s 2)求： (1)金属棒在此过程中克服安培力的功W 安； (2)金属棒下滑速度v ＝2 m/s 时的加速度a ；(3)为求金属棒下滑的最大速度v m ，有同学解答如下：由动能定理，W G －W 安＝12m v 2m ，.由此所得结果是否正确？若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解.四 电磁感应中的图象问题 1问题概括图象 类型(1)随时间变化的图象如B －t 图象、Φ－t 图象、E －t 图象和i －t 图象(2)随位移x 变化的图象如E －x 图象和i －x 图象问题类型(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象(画图象) (2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量(用图象) 1应用知识左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、函数图象知识等图62.思路导图3．分析方法对图象的分析，应做到“四明确一理解”：(1)明确图象所描述的物理意义；明确各种“＋”、“－”的含义；明确斜率的含义；明确图象和电磁感应过程之间的对应关系．(2)理解三个相似关系及其各自的物理意义：v －Δv －Δv Δt ，B －ΔB －ΔB Δt ，Φ－ΔΦ－ΔΦΔt .解决图象问题的一般步骤：(1)明确图象的种类，即是B －t 图象还是Φ－t 图象，或者E －t 图象、i －t 图象等． (2)分析电磁感应的具体过程．(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系．(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式． (5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等． (6)画图象或判断图象．例4 如图6所示，两个相邻的有界匀强磁场区域，方向相反，且垂直纸面，磁感应强度的大小均为B ，以磁场区左边界为y 轴建 立坐标系，磁场区域在y 轴方向足够长，在x 轴方向宽度均为 a .矩形导线框ABCD 的CD 边与y 轴重合，AD 边长为a .线框从图示位置水平向右匀速穿过两磁场区域，且线框平面始终保持与磁场垂直，线框中感应电流i 与线框移动距离x 的关系图象正确的是(以逆时针方 向为电流的正方向)图10强化练习1．用相同导线绕制的边长为l 或2l 的四个闭合导体线框a 、b 、c 、d ，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图9所示．在每个线框进入磁场的过程中，M 、N 两点间的电压分别为U a 、U b 、U c 和U d .下列判断正确的是A.U a <U b <U c <U dB.U a <U b <U d <U cC ．U a ＝U b <U c ＝U dD ．U b <U a <U d <U c2．如图10所示，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面且电阻均匀的正方形导体框abcd ，现将导体框分别朝两个方向以v 、3v 速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出 磁场的两过程中 ( ) A ．导体框中产生的感应电流方向相同 B ．导体框中产生的焦耳热相同C ．导体框ad 边两端电势差相同D ．通过导体框截面的电荷量相同3．粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行．现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边a 、b 两点间的电势差绝对值最大的是( )4 如图4所示，两光滑平行金属导轨间距为L ，直导线MN 垂直跨在导轨上，且与导轨接触良好，整个装置处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B .电容器的电容为C ，除电阻R 外，导轨和导线的电阻均不计．现给导线MN 一初速度，使导线MN 向右运动，当电路稳定后，MN 以速度v 向右做匀速运动时A ．电容器两端的电压为零B ．电阻两端的电压为BL vC ．电容器所带电荷量为CBL vD ．为保持MN 匀速运动，需对其施加的拉力大小为B 2L 2vR5 两根平行的长直金属导轨，其电阻不计，导线ab、cd跨在导轨上且与导轨接触良好，如图9所示，ab的电阻大于cd的电阻，当cd 在外力F1(大小)的作用下，匀速向右运动时，ab在外力F2(大小)的作用下保持静止，那么在不计摩擦力的情况下(U ab、U cd是导线与导轨接触间的电势差) ()A．F1>F2，U ab>U cd B．F1<F2，U ab＝U cdC．F1＝F2，U ab>U cd D．F1＝F2，U ab＝U cd6如图3，EOF和E′O′F′为空间一匀强磁场的边界，其中EO∥E′O′，FO∥F′O′，且EO⊥OF；OO′为∠EOF的角平分线，OO′间的距离为l；磁场方向垂直于纸面向里．一边长为l的正方形导线框沿O′O方向匀速通过磁场，t＝0时刻恰好位于图示位置．规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是()图37 如图4甲所示，光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角，M、P两端接一阻值为R的定值电阻，阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置，其他部分电阻不计．整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上．t＝0时对金属棒施加一平行于导轨的外力F，金属棒由静止开始沿导轨向上运动，通过R的感应电流I随时间t变化的关系如图乙所示．下列关于穿过回路abPMa的磁通量Φ和磁通量的瞬时变化率ΔΦΔt以及a、b两端的电势差U ab和通过金属棒的电荷量q随时间t变化的图象中，正确的是()8如图5所示，边长为L、总电阻为R的正方形线框abcd放置在光滑水平桌面上，其bc边紧靠磁感应强度为B、宽度为2L、方向竖直向下的有界匀强磁场的边缘．现使线框以初速度v0匀加速通过磁场，下列图线中能定性反映线框从开始进入到完全离开磁场的过程中，线框中的感应电流(以逆时针方向为正)的变化的是()9在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一个面积不变的单匝金属圆线圈，规定线圈中感应电流的正方向如图11甲所示，取线圈中磁场B的方向向上为正，当磁场中的磁感应强度B随时间t如图乙变化时，下列图中能正确表示线圈中感应电流变化的是()10 ．一矩形线圈abcd位于一随时间变化的匀强磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面向里(如图2甲所示)，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示．以I表示线圈中的感应电流(图甲中线圈上箭头方向为电流的正方向)，则下列选项中能正确表示线圈中电流I随时间t变化规律的是11 A和B是两个大小相同的环形线圈，将两线圈平行共轴放置，如图3(a)所示，当线圈A中的电流i1随时间变化的图象如图(b)所示时，若规定两电流方向如图(a)所示的方向为正方向，则线圈B中的电流i2随时间t变化的图象是图中的()(a)(b)12 如图5甲所示，正三角形导线框abc放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，t＝0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里．下列选项中能表示线框的ab边受到的磁场力F随时间t的变化关系的是(规定水平向左为力的正方向)13 如图7所示， 电阻R ＝1 Ω、半径r 1＝0.2 m 的单匝圆形导线框P 内有一个与P 共面的圆形磁场区域Q ，P 、Q 的圆心相同，Q 的半径r 2 ＝0.1 m ．t ＝0时刻，Q 内存在着垂直于圆面向里的磁场，磁感应 强度B 随时间t 变化的关系是B ＝2－t T ．若规定逆时针方向为电流 的正方向，则线框P 中感应电流I 随时间t 变化的关系图象应该是下 列选项中的14 如图8所示，有一个等腰直角三角形的匀强磁场区域．直角边长为L ，磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向外， 一边长为L 、总电阻为R 的正方形闭合导线框abcd ，从图示位置开始沿x 轴正方向以速度v 垂直磁场匀速穿过磁场区域．取电流沿a →b →c →d →a的方向为正，则图中表示线框中感应电流i 随bc 边位置坐标x 变化的图象正确的是 ( )15如图1所示，匀强磁场的磁感应强度为B ，方向竖直向下，在磁场中有一个边长为L 的正方形刚性金属框，ab 边的质量为m ，电阻为R ，其他三边的质量和电阻均不计．cd 边上装有固定的水平轴，将金属框自水平位置由静止释放，第一次转到竖直位置时，ab 边的速度为v ，不计一切摩擦，重力加速度为g ，则在这个过程中，下列说法正确的是A ．通过ab 边的电流方向为a →bB ．ab 边经过最低点时的速度v ＝2gLC ．a 、b 两点间的电压逐渐变大D ．金属框中产生的焦耳热为mgL －12m v 2D ．在导轨的a 、c 两端用导线连接一个电容器16．(2011·福建理综·17)如图2所示，足够长的U 型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°)，其中MN 与PQ 平行且间距为L ，导轨平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab 由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab 棒接入电路的电阻为R ，当流过ab 棒某一横截面的电荷量为q 时，棒的速度大小为v ，则金属棒ab 在这一过程中 ( )A ．运动的平均速度大小为12vB ．下滑的位移大小为qRBL C ．产生的焦耳热为qBL vD ．受到的最大安培力大小为B 2L 2vR sin θ17．如图5所示，光滑的“Π”形金属导体框竖直放置，质量为m 的金属棒MN 与框架接触良好．磁感应强度分别为B 1、B 2的有界匀强磁场方向相反，但均垂直于框架平面，分别处在abcd 和cdef 区域．现从图示位置由静止释放金属棒MN ，当金属棒进入磁场B 1区域后，恰好做匀速运动．以下说法中正确的是 A ．若B 2＝B 1，金属棒进入B 2区域后将加速下滑 B ．若B 2＝B 1，金属棒进入B 2区域后仍将保持匀速下滑 C ．若B 2<B 1，金属棒进入B 2区域后将先加速后匀速下滑 D ．若B 2>B 1，金属棒进入B 2区域后将先减速后匀速下滑。
2020版高考一轮复习：第10章 第3节 电磁感应定律的综合应用
甲
乙
A
B
C
D
B [对棒受力分析，棒受的静摩擦力 Ff＝F 安＝BIL，电动势 E＝ΔΔBt S，感应 电流 I＝ER＝ΔΔBt ·RS，0～1 s 和 3～4 s 内的感应电流大小和方向相同，电流从下向 上通过导体棒，安培力向左，静摩擦力向右，为正；1～2 s 和 4～5 s 内，感应 电流为零，导体棒不受安培力，也不受静摩擦力；2～3 s 和 5～6 s 内，电流从 上向下流过导体棒，安培力向右，静摩擦力向左，为负，大小和 0～1 s 内相同， 所以 B 正确。]
A
B
C
D
A [由 E＝BLv 可知，导体棒由 b 运动到 ac 过程中，切割磁感线有效长度 L 均匀增大，感应电动势 E 均匀增大，由欧姆定律可知，感应电流 I 均匀增大。 由右手定则可知，感应电流方向由 M 到 N，由左手定则可知，导体棒所受安培 力水平向左，大小不断增大，故只有选项 A 正确。]
2．(多选)在如图甲所示的电路中，螺线管匝数 n＝1 500 匝，横截面积 S＝ 20 cm2。螺线管导线电阻 r＝1 Ω，R1＝4 Ω，R2＝5 Ω，C＝30 μF。在一段时间内， 穿过螺线管的磁场的磁感应强度 B 按如图乙所示的规律变化，则下列说法中正 确的是( )
甲
乙
A．螺线管中产生的感应电动势为 1.2 V B．闭合 S，电路中的电流稳定后电容器上极板带正电 C．电路中的电流稳定后，电阻 R1 的电功率为 5×10－2 W D．S 断开后，通过 R2 的电荷量为 1.8×10－5 C
[考法指导] 电磁感应中确定电源的方法 1判断产生电磁感应现象的那一部分导体电源。 2动生问题棒切割磁感线产生的电动势 E＝Blv，方向由右手定则判断。 3感生问题磁感应强度的变化的电动势 E＝nΔΔBt·S，方向由楞次定律判断。 而电流方向都是等效电源内部负极流向正极的方向。
电磁感应问题的综合分析 (1)
以题说法 1.应用“感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁 通量的变化”分析问题时，首先要明确原磁场的方向和磁 通量的变化． 2．E＝ΔΔBt S中的S是磁场穿过的有效面积．
针对训练 1 两磁感应强度为 B 的匀强磁场区域Ⅰ、Ⅲ，方 向如图 3 所示，两区域中间是宽为 s 的无磁场区域Ⅱ，有 一边长为 L(L>s)、电阻为 R 的均匀正方形金属线框 abcd 置于Ⅰ区域，ab 边与磁场边界平行，现拉着金属框以速 度 v 向右匀速运动，则 ()
方向匀速穿过两磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，
在下图中感应电流 i 与线框移动距离 x 的关系图象正确的
是
()
图5
解析 在 0～a 距离内，有效切割长度 l 均匀增大，即 l＝vttan 30° ＝ 33vt，感应电流 i＝ 33RBv2t，且最大值 I0＝BRav，电流方向为 逆时针方向；在 a～2a 距离内，线框处在两个磁场中，在两个 磁场中有效切割长度相同，感应电流方向相同，且感应电流最 大值为 Imax＝2I0，方向为顺时针方向；2a～3a 距离内，感应电 流为逆时针方向，且最大感应电流的值为 I0，C 正确．
答案 C
题型 3 电磁感应过程的动力学分析 例 3 (12 分)如图 6 所示，两根足够长的光滑直金属导轨 MN、
PQ 平行固定在倾角 θ＝37°的绝缘斜面上，两导轨间距 L ＝1 m，导轨的电阻可忽略．M、P 两点间接有阻值为 R 的电阻．一根质量 m＝1 kg、电阻 r＝0.2 Ω 的均匀直金属 杆 ab 放在两导轨上，与导轨垂直且接触良好．整套装置 处于磁感应强度 B＝0.5 T 的匀强磁场中，磁场方向垂直斜 面向下．自图示位置起，杆 ab 受到大小为 F＝0.5v＋2(式 中 v 为杆 ab 运动的速度，力 F 的单位为 N)、方向平行导 轨沿斜面向下的拉力作用，由静止开始运动，测得通过电 阻 R 的电流随时间均匀增大．g 取 10 m/s2，sin 37°＝0.6.
第15课时 电磁感应的综合分析
专题四 电路与电磁感应
第15课时 电磁感应的综合分析
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1
提炼必备知识
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提炼必备知识
创新设计
内容
创新设计
解析 由右手定则可知，D 点的电势低于 A 点的电势，选项 A 错误；角速度 ω ＝2πn，金属棒产生的感应电动势大小为 E＝Brωr＋22r＝3πBnr2，选项 B 正确； 电容器极板间的电压 U＝RE＋RR＝32πBnr2，电容器的电荷量为 Q＝23πCBnr2，选项 C 错误；一质子在电容器中从 S 板附近运动到 T 板附近时，静电力所做的功为 W ＝Ue＝3πe2Bnr2，选项 D 正确。
E＝Blv
绕一端转动的一段导体棒
E＝12Bl2ω
绕与 B 垂直的轴转动的导 从图示时刻计时 E＝
线框
NBSωcos ωt
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突破高考题型
创新设计
3.感应电荷量的计算 磁通量变化迁移的电荷量：q＝IΔt＝ERΔt＝nRΔΔΦt Δt＝nΔRΦ，q 仅由回路电阻 R 和 磁通量的变化量 ΔΦ 决定。
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B.当图甲中匀强磁场增强，a中产生沿顺时针方向的电流，且有扩张的趋势
C.当图乙中的导体棒向右减速运动，环b中产生顺时针方向的电流，且有收缩
的趋势
D.当图乙中的导体棒向右匀速运动，环b中产生逆时针方向的电流，且有扩张
的趋势
目录
突破高考题型
创新设计
解析 当图甲中的匀强磁场减弱时，根据楞次定律可知，金属环a中产生沿顺 时针方向的感应电流，根据左手定则可知，金属环a所受的安培力指向环外， 有扩张的趋势，A错误；同理，当题图甲中的匀强磁场增强时，金属环a中产 生沿逆时针方向的感应电流，且有收缩的趋势，B错误；当题图乙中导体棒向 右减速运动时，根据右手定则可知，导线c中有顺时针方向且减小的感应电流， 根据楞次定律可知，金属环b产生顺时针方向的感应电流，再根据同向电流相 互吸引，导线c对金属环b的安培力指向圆心，金属环b有收缩的趋势，C正确； 当题图乙中的导体棒向右匀速运动时，根据右手定则可知，导线c中产生顺时 针方向的感应电流，且导线c中的感应电流恒定，产生的磁场也恒定，金属环 b中不会产生感应电流，D错误。
高三物理电磁感应的综合应用
D
图9-3-2 B.
A.
C.
D.
热点二
电磁感应中的动态分析问题
【例2】［2009年高考福建理综卷］如图9-3-3所示，固定放置在同一水平面内的两根平行长直金属导轨的间距 为d，其右端接有阻值为R的电阻，整个装置处在竖直向上磁感应强度大小为B的匀强磁场中。一质量为m (质量分布均匀)的导体杆ab垂直于导轨放置，且与两导轨保持良好接触，杆与导轨之间的动摩擦因数为μ。 现杆在水平向左、垂直于杆的恒力F作用下从静止开始沿导轨运动距离l时，速度恰好达到最大(运动过程中 杆始终与导轨保持垂直)。设杆接入电路的电阻为r，导轨电阻不计，重力加速度大小为g。则此过程( B D) A.杆的速度最大值为(F-μmg)R/(B2d2) B.流过电阻R的电量为Bdl/(R+r) C.恒力F做的功与摩擦力做的功之和等于杆动能的变化量 D.恒力F做的功与安培力做的功之和大于杆动能的变化量
【解析】本题考查受力分析、电磁感应、能量守恒等知识， 主要考查学生理解、推理能力。当v最大时有F=f+F安，即 图9-3-3 F=μmg+B2d2v/(R+r),v=(F-μmg)(R+r)/(B2d2);通过电阻R的电量 q=ΔΦ/(R+r)=Bdl/(R+r);由动能定理有WF+Wf+WF安=ΔEk,其Wf<0,WF安<0,故B、D对。 【名师支招】解决动态问题的基本方法： 受力分析→运动分析(确定运动过程和最终的稳定状态)→由牛顿第二定律列方程求解。 运动的动态结构：
3B 2 r 2 v1 9m 2 gR 2 v2 2 【答案】(1) g (2) 4 4 4mR 32 B r 2g
4 B 2 r 2a 4 B 2 r 2 v3 (3) F t ma mg 3R 3R
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高三物理三轮复习材料13-7 电磁感应综合应用(两课时)【命题展望】本专题内容综合性较强，从2007年实行新课改到2013年连续七年，山东卷高考题均以一道选择题的形式考查了本专题的有关知识，涉及感应电动势和感应电流方向的判断、大小的计算，电磁感应与电路、图象、力学、功能相结合等，题目难度适中。
预计2014年高考除了延续这一考查方式的可能性较大外，也不排除电磁感应与电路、力学、功能相结合出现计算题的可能性，这一点应引起重视。
【考点精要】考点一．产生感应电流的条件1．磁通量（1）定义式：Φ＝BS，式中B为匀强磁场的磁感应强度，S为垂直于磁场的投影面的面积。
（2）意义：穿过S面的磁感线的条数，是标量，但有正负，正负代表磁感线从回路平面的哪个方向穿入。
（3）磁通量变化的类型①由于磁场B变化而引起闭合回路的磁通量的变化。
②由于闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化。
③磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化。
2．产生感应电流的条件是：穿过闭合回路的磁通量发生变化。
3．产生感应电动势的条件：无论回路是否闭合，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就有感应电动势产生,产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
考点二．感应电流方向的判断1．楞次定律（1）内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
（2）适用范围：适用于一切电磁感应现象。
（3）应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤：①明确所研究的闭合回路中原磁场的方向；②明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少；③楞次定律判定感应电流的磁场方向；④由安培定则根据感应电流的磁场方向判断出感应电流的方向。
（4）楞次定律的推广含义：总的来说，感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因，利用“结果”反抗“原因”的思想定性进行分析，具体可分为以下三种情况：①阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化—“增反减同”。
②阻碍导体与磁场间的相对运动—“来拒去留”。
③阻碍原电流的变化(自感现象) —“增反减同”。
2．右手定则（1）判定方法：伸开右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，大拇指指向导体运动的方向，其余四指指的就是感应电流的方向。
（2）适用范围：适用于由导体切割磁感线而产生感应电流方向的判定。
（3）注意事项：①当磁场运动导体不动时，用右手定则，拇指指向是导体相对磁场的运动方向。
②“切割”的那段导体中，感应电流的方向就是感应电动势的方向，即由低电势点指向高电势点。
考点三．感应电动势大小的计算 1．法拉第电磁感应定律（1）内容：电路中感应电动势大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
（2）公式：t nE ∆∆=ϕ （3）普遍适用，多用于回路中磁通量发生变化的情况，一般用来求△t 这段时间内感应电动势的平均值。
2．E=BLv（1）仅适用于计算一段导体在匀强磁场中垂直平动切割磁感线产生的感应电动势情况。
式中B 、L 、v 三者必须互相垂直。
（2）L 为导体在垂直于速度和磁场方向上的投影长度； v 为相对于磁场的有效切割速度，即为导体相对于磁场的垂直切割速度。
考点四．自感现象1．自感现象：由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。
2．自感电动势：在自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。
t ILE ∆∆=，L 是自感系数，跟线圈的形状、长短、匝数等因素有关系，线圈越粗，越长、匝数越密，它的自感系数越大，另外有铁芯的线圈自感系数比没有铁芯时大得多。
3．自感现象中的通断电问题（1）通电瞬间：含电感的电路相当于断路，电流为零，随着自感电动势逐渐减小，电路中电流逐渐增大。
（2）电路稳定：电感线圈相当于电路中的直流电阻。
（3）断电瞬间：电感线圈相当于电流（自感电动势）逐渐减弱的电源，通过放电将储存电能释放到回路中。
巧点妙拨1．对楞次定律中“阻碍”要加强理解，注意“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。
阻碍磁通量变化指：磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用)；磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用)，简称“增反减同”。
“阻碍”表示了能量的转化关系,正因为存在阻碍作用 , 才能将其它形式的能量转化为电能。
2．注意区别应用安培定则、左手定则、右手定则3．区别磁通量ϕ、磁通量的变化量ϕ∆及磁通量的变化率t ∆∆之间的关系：磁通量φ＝BS 表示穿过这一平面的磁感线的条数，磁通量的变化量Δφ＝φ2－φ1，表示磁通量变化的多少，磁通量的变化率t ∆∆ϕ表示磁通量变化的快慢。
φ大，Δφ及t ∆∆ϕ不一定大；t ∆∆ϕ大，φ及Δφ也不一定大。
4．区别公式t nE ∆∆=ϕ和E=BLv(1)t nE ∆∆=ϕ一般用于计算平均感应电动势和感生电动势；E=BLv 一般用于计算瞬时感应电动势、动生电动势。
(2)若回路中既有感生电动势，又有动生电动势，则回路中总的电动势应为二者之和（二者方向相同时）或二者之差（二者方向相反时）。
5．感应电荷量的计算闭合回路中磁通量发生变化时，就会产生感应电流，在△t 内通过导线横截面的电量(感应电量)为R n t t R n t R E t I q ϕϕ∆=∆⋅∆∆=∆⋅=∆⋅=，仅由线圈的匝数、回路总电阻和磁通量的变化量决定，与发生磁通量变化的时间无关．因此，要快速求得通过导体横截面积的电量q ，关键是正确求得磁通量的变化量Δφ。
所以，当用一根磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时，线圈里积聚的感应电量相等．但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同，外力做的功也不同。
【典例对应】例1．（2011·上海物理 20）如图，磁场垂直于纸面，磁感应强度在竖直方向均匀分布，水平方向非均匀分布。
一铜制圆环用丝线悬挂于O 点，将圆环拉至位置a 后无初速释放，在圆环从a 摆向b 的过程中（ ）A ．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针B ．感应电流方向一直是逆时针C ．安培力方向始终与速度方向相反D ．安培力方向始终沿水平方向 答案：AD例2．图为“研究电磁感应现象”的实验装置. （1）将图中所缺的导线补接完整.（2）如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上电键后 （ ）A .将原线圈迅速插入副线圈时,电流计指针向右偏转一下 B.将原线圈插入副线圈后,电流计指针一直偏在零点右侧C.原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,电流计指针向右偏转一下D.原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器触头迅速向左拉时,电流计指针向左偏转一下图9－2－22例3．（2011·上海物理 32）电阻可忽略的光滑平行金属导轨长S=1.15m ，两导轨间距L=0.75 m ，导轨倾角为30°，导轨上端ab 接一阻值R=1.5Ω的电阻，磁感应强度B=0.8T 的匀强磁场垂直轨道平面向上。
阻值r=0.5Ω，质量m=0.2kg 的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端ab 处由静止开始下滑至底端，在此过程中金属棒产生的焦耳热J 1.0=r Q 。
(取2s m 10=g )求：(1)金属棒在此过程中克服安培力的功安W ； (2)金属棒下滑速度s m 2=v 时的加速度a ． (3)为求金属棒下滑的最大速度mv ，有同学解答如下：由动能定理221mmv W W =-安重，……。
由此所得结果是否正确？若正确，说明理由并完成本小题；若不正确，给出正确的解答。
命题意图 本题是电磁感应与力学相结合的综合应用问题，考察了电磁感应中的动力学问题和能量转化问题。
解析：（1）下滑过程中安培力的功即为在电阻上产生的焦耳热，由于3R r =，因此30.3()R r Q Q J == ∴=0.4()R r W Q Q Q J =+=安（2）金属棒下滑时受重力和安培力22=B L F BIL vR r =+安由牛顿第二定律22sin 30B L mg v maR r ︒-=+ 2222210.80.752sin 3010 3.2(/)()20.2(1.50.5)B L a g v m s m R r ⨯⨯=︒-=⨯-=+⨯+(3)此解法正确。
金属棒下滑时受重力和安培力作用，其运动满足22sin 30B L mg v maR r ︒-=+上式表明，加速度随速度增加而减小，棒作加速度减小的加速运动。
无论最终是否达到匀速，当棒到达斜面底端时速度一定为最大。
由动能定理可以得到棒的末速度，因此上述解法正确。
21sin 302m mgS Q mv ︒-=2120.42sin 30210 1.15 2.74(/)20.2m Q v gS m s m ⨯=︒-=⨯⨯⨯-=答案：（1）0.4J （2）3.2m/s 2 （3）正确 2.74m/s例题对应：如图甲所示，两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计。
两质量、长度均相同的导体棒c 、d ，置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h 处。
磁场宽为3h ，方向与导轨平面垂直。
先由静止释放c ，c 刚进入磁场即匀速运动，此时再由静止释放d ，两导体棒与导轨始终保持良好接触。
用a c 表示c 的加速度，E kd 表示d 的动能，x c 、x d 分别表示c 、d 相对释放点的位移。
图乙中正确的是（ ）解析：C 导体棒落入磁场之前做自由落体运动，加速度恒为g,有212h gt =，v gt =，c 棒进入磁场以速度v 做匀速直线运动时，d 棒开始做自由落体运动，与c 棒做自由落体运动的过程相同，此时c棒在磁场中做匀速直线运动的路程为22h vt gt h '===，d 棒进入磁场而c 还没有穿出磁场的过程，无电磁感应，两导体棒仅受到重力作用，加速度均为g ，直到c 棒穿出磁场，B 正确。
c 棒穿出磁场，d 棒切割磁感线产生电动势，在回路中产生感应电流，因此时d 棒速度大于c 进入磁场是切割磁感线的速度，故电动势、电流、安培力都大于c 刚进入磁场时的大小，d 棒减速，直到穿出磁场仅受重力，做匀加速运动，结合匀变速直线运动2202v v gh -=，可知加速过程动能与路程成正比，D 正确。
【答案】BD【直击高考】1．如图所示，在磁感应强度大小为B 、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m 、阻值为R 的闭合矩形金属线框abcd 用绝缘轻质细杆悬挂在O 点，并可绕O 点摆动。
金属线框从右侧某一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面。
则线框中感应电流的方向是（ ）A ．a d c b a →→→→B ．d a b c d →→→→C ．先是d a b c d →→→→，后是a d c b a →→→→D ．先是a d c b a →→→→，后是d a b c d →→→→2．如图，金属环A 用轻线悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。