2019-2020年高中物理第一章電磁感應(yīng)習(xí)題課：電磁感應(yīng)中的綜合應(yīng)用學(xué)案粵教版.doc

2019-2020年高中物理第一章電磁感應(yīng)習(xí)題課：電磁感應(yīng)中的綜合應(yīng)用學(xué)案粵教版學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能綜合應(yīng)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的圖象問題.2.掌握電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的分析方法.3.能解決電磁感應(yīng)中的動力學(xué)與能量結(jié)合的綜合問題一、電磁感應(yīng)中的圖象問題1問題類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象(2)由給定的圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量2圖象類型(1)各物理量隨時間t變化的圖象，即Bt圖象、t圖象、Et圖象和It圖象(2)導(dǎo)體切割磁感線運動時，還涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨導(dǎo)體位移變化的圖象，即Ex圖象和Ix圖象3解決此類問題需要熟練掌握的規(guī)律：安培定則、左手定則、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律等例1將一段導(dǎo)線繞成圖1甲所示的閉合回路，并固定在紙面內(nèi)，回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強磁場中回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場，以向里為磁場的正方向，其磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的圖象如圖乙所示用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時間t變化的圖象是 ()圖1答案B解析由題圖乙可知0時間內(nèi)，磁感應(yīng)強度隨時間線性變化，即k(k是一個常數(shù))，圓環(huán)的面積S不變，由E可知圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變，則回路中的感應(yīng)電流大小不變，ab邊受到的安培力大小不變，從而可排除選項C、D；0時間內(nèi)，由楞次定律可判斷出流過ab邊的電流方向為由b至a，結(jié)合左手定則可判斷出ab邊受到的安培力的方向向左，為負(fù)值，故選項A錯誤，B正確本類題目線圈面積不變而磁場發(fā)生變化，可根據(jù)EnS判斷E的大小及變化，其中為Bt圖象的斜率，且斜率正、負(fù)變化時對應(yīng)電流的方向發(fā)生變化例2如圖2所示，在x0的區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，磁場的方向垂直于xOy平面(紙面)向里具有一定電阻的矩形線框abcd位于xOy平面內(nèi)，線框的ab邊與y軸重合令線框從t0時刻起由靜止開始沿x軸正方向做勻加速運動，則線框中的感應(yīng)電流i(取逆時針方向的電流為正)隨時間t的變化圖象正確的是()圖2答案D解析因為線框做勻加速直線運動，所以感應(yīng)電動勢為EBlvBlat，因此感應(yīng)電流大小與時間成正比，由楞次定律可知電流方向為順時針二、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題1電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力作用，所以電磁感應(yīng)問題往往與力學(xué)問題聯(lián)系在一起，處理此類問題的基本方法是：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向(2)求回路中的感應(yīng)電流的大小和方向(3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包括安培力)(4)列動力學(xué)方程或平衡方程求解2兩種狀態(tài)處理(1)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài)靜止或勻速直線運動狀態(tài)處理方法：根據(jù)平衡條件合力等于零列式分析(2)導(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)加速度不為零處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析或結(jié)合功能關(guān)系分析例3如圖3甲所示，兩根足夠長的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，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，磁場方向垂直于斜面向下，導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略，讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦圖3(1)在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大??；(2)求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值答案(1)gsin(2)解析(1)如圖所示，ab桿受重力mg，豎直向下；支持力FN，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上當(dāng)ab桿的速度大小為v時，感應(yīng)電動勢EBLv，此時電路中的電流Iab桿受到安培力F安BIL根據(jù)牛頓第二定律，有mgsinF安ma聯(lián)立解得agsin.(2)當(dāng)a0時，ab桿有最大速度：vm.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及到具有收尾速度的力學(xué)問題時，關(guān)鍵是做好受力情況和運動情況的動態(tài)分析：周而復(fù)始地循環(huán)，達(dá)到最終狀態(tài)時，加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運動狀態(tài)，即平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件建立方程，所求解的收尾速度也是導(dǎo)體運動的最大速度針對訓(xùn)練(多選)如圖4所示，MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌，已知導(dǎo)軌足夠長，且電阻不計ab是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿開始時，將開關(guān)S斷開，讓桿ab由靜止開始自由下落，一段時間后，再將S閉合，若從S閉合開始計時，則金屬桿ab的速度v隨時間t變化的圖象可能是()圖4答案ACD解析設(shè)ab桿的有效長度為l，S閉合時，若>mg，桿先減速再勻速，D項有可能；若mg，桿勻速運動，A項有可能；若<mg，桿先加速再勻速，C項有可能；由于v變化，mgma中的a不恒定，故B項不可能.1.如圖5所示，勻強磁場存在于虛線框內(nèi)，矩形線圈豎直下落，不計空氣阻力如果線圈中受到的磁場力總小于其重力，則它在1、2、3、4位置時的加速度關(guān)系為 ()圖5Aa1a2a3a4Ba1a2a3a4Ca1a3a2a4Da1a3a2a4答案C解析線圈自由下落時，加速度為a1g.線圈完全在磁場中時，磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，線圈不受安培力作用，只受重力，加速度為a3g.線圈進入和穿出磁場過程中，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，將受到向上的安培力，根據(jù)牛頓第二定律得知，a2g，a4g.線圈完全在磁場中時做勻加速運動，到達(dá)4處的速度大于2處的速度，則線圈在4處所受的安培力大于在2處所受的安培力，又知，磁場力總小于重力，則a2a4，故a1a3a2a4.所以選C.2如圖6所示，一底邊為L，底邊上的高也為L的等腰三角形導(dǎo)體線框以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過長為2L、寬為L的勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里t0時刻，三角形導(dǎo)體線框的底邊剛進入磁場，取沿逆時針方向的感應(yīng)電流為正，則在三角形導(dǎo)體線框穿過磁場區(qū)域的過程中，感應(yīng)電流I隨時間t變化的圖象可能是()圖6答案A3.如圖7所示，有一垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度B0.1T的水平勻強磁場，垂直于勻強磁場放置一很長的U型金屬框架，框架上有一導(dǎo)體ab保持與框架垂直接觸，且由靜止開始下滑已知ab長1m，質(zhì)量為0.1kg，電阻為0.1，框架光滑且電阻不計，取g10m/s2，求：圖7(1)導(dǎo)體ab下落的最大加速度大?。?2)導(dǎo)體ab下落的最大速度大?。?3)導(dǎo)體ab達(dá)到最大速度時產(chǎn)生的電功率答案(1)10m/s2(2)10 m/s(3)10W解析(1)對導(dǎo)體ab受力分析可知，其開始運動時所受的合力最大，即為重力由牛頓第二定律可知，最大加速度為ag10m/s2.(2)導(dǎo)體ab下落的速度最大時，加速度為零，此時有mgF安F安BILIEBLvmax聯(lián)立以上各式得：vmaxm/s10 m/s.(3)導(dǎo)體ab達(dá)到最大速度時其電功率為PIE由以上各式得PW10W.一、選擇題(16題為單選題，710題為多選題)圖11如圖1所示，在一勻強磁場中有一U形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可在ab、cd上無摩擦地滑動桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計開始時，給ef一個向右的初速度，則()Aef將減速向右運動，但不是勻減速Bef將勻減速向右運動，最后停止Cef將勻速向右運動Def將往返運動答案A解析導(dǎo)體桿ef向右運動，切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，會受到向左的安培力而做減速運動，直到停止，但不是勻減速，由FBILma知，桿ef做的是加速度減小的減速運動故A正確2如圖2所示，平行導(dǎo)軌間有一矩形的勻強磁場區(qū)域細(xì)金屬棒PQ沿導(dǎo)軌從MN處勻速運動到MN的過程中，棒上感應(yīng)電動勢E隨時間t的變化圖象可能正確的是()圖2答案A解析金屬棒在到達(dá)勻強磁場之前，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，金屬棒在磁場中運動時，勻速切割磁感線，并且切割的有效長度也不變，由公式EBLv知此段時間內(nèi)感應(yīng)電動勢為定值，金屬棒離開磁場后，無感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，選項A正確3如圖3所示，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導(dǎo)線框；在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d(dL)的條形勻強磁場區(qū)域，磁場的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行，磁場方向豎直向下導(dǎo)線框以某一初速度向右運動，t0時導(dǎo)線框的右邊恰與磁場的左邊界重合，隨后導(dǎo)線框進入并通過磁場區(qū)域下列vt圖象中，正確描述上述過程的是()圖3答案D解析導(dǎo)線框進入磁場的過程中，線框受到向左的安培力作用，根據(jù)EBLv、I、FBIL得F，隨著v的減小，安培力F減小，導(dǎo)線框做加速度逐漸減小的減速運動整個導(dǎo)線框在磁場中運動時，無感應(yīng)電流，導(dǎo)線框做勻速運動，導(dǎo)線框離開磁場的過程中，根據(jù)F，導(dǎo)線框做加速度逐漸減小的減速運動，所以選項D正確4如圖4(a)，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測得線圈cd間電壓如圖(b)所示已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關(guān)系的圖中，可能正確的是()圖4答案C5.如圖5所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B.一個電阻為R、半徑為L、圓心角為45的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸勻速轉(zhuǎn)動(O軸位于磁場邊界)，周期為T，t0時刻線框置于如圖所示位置，則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的圖象為(規(guī)定電流順時針方向為正) ()圖5答案A解析在本題中由于扇形導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動，因此導(dǎo)線框進入磁場的過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定的注意線框在進入磁場和離開磁場時，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，當(dāng)完全進入時，由于磁通量不變，故無感應(yīng)電流產(chǎn)生由右手定則可判斷導(dǎo)線框進入磁場時，電流方向為逆時針，故A正確6.如圖6所示，在空間中存在兩個相鄰的、磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反的有界勻強磁場，其寬度均為L.現(xiàn)將寬度也為L的矩形閉合線圈，從圖示位置垂直于磁場方向勻速拉過磁場區(qū)域，則在該過程中，能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流或其所受的外力隨時間變化的圖象是()圖6答案D解析當(dāng)矩形閉合線圈進入磁場時，由法拉第電磁感應(yīng)定律判斷，當(dāng)線圈處在兩個磁場中時，兩個邊切割磁感線，此過程中感應(yīng)電流的大小是最大的，所以選項A、B是錯誤的由楞次定律可知，當(dāng)矩形閉合線圈進入磁場和離開磁場時，磁場力總是阻礙線圈的運動，方向始終向左，所以外力F始終水平向右安培力的大小不同，線圈處在兩個磁場中時安培力最大故選項D是正確的，選項C是錯誤的7如圖7甲所示，一個閉合線圈固定在垂直紙面的勻強磁場中，設(shè)磁場方向向里為磁感應(yīng)強度B的正方向，線圈中的箭頭指向為電流I的正方向線圈中感應(yīng)電流i隨時間變化的圖線如圖乙所示，則磁感應(yīng)強度B隨時間變化的圖線可能是 ()圖7答案CD8.如圖8所示，有兩根和水平方向成角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長，空間有垂直于軌道平面向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下經(jīng)過足夠長的時間后，金屬桿的速度會趨近于一個最大速度vm，則()圖8A如果B增大，vm將變大B如果變大，vm將變大C如果R變大，vm將變大D如果m變小，vm將變大答案BC解析金屬桿由靜止開始滑下的過程中，金屬桿就是一個電源，與電阻R構(gòu)成一個閉合回路；其受力情況如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律得：mgsinma所以金屬桿由靜止開始做加速度減小的加速運動，當(dāng)a0，即mgsin時，此時達(dá)到最大速度vm，可得：vm，故由此式知選項B、C正確9.如圖9所示，勻強磁場中有一矩形閉合線圈，線圈平面與磁場垂直已知線圈的面積S0.5m2，線圈電阻r0.2，磁感應(yīng)強度B在01s內(nèi)從零均勻變化到2T，則()圖9A0.5s時線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢的大小為1VB0.5s時線圈內(nèi)感應(yīng)電流的大小為10AC01s內(nèi)通過線圈的電荷量為5CD00.5s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱為5J答案AC解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律En可得：E1V，故選項A正確；線圈內(nèi)感應(yīng)電流的大小IA5A，故選項B錯誤；01s內(nèi)通過線圈的電荷量qIt51C5C，故選項C正確；00.5s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱QI2rt520.20.5J2.5J，故選項D錯誤10如圖10所示，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向豎直向下，在磁場中有一個邊長為L的正方形剛性金屬框，ab邊的質(zhì)量為m，電阻為R，其他三邊的質(zhì)量和電阻均不計cd邊上裝有固定的水平軸，將金屬框自水平位置由靜止釋放，第一次轉(zhuǎn)到豎直位置時，ab邊的速度為v，不計一切摩擦，重力加速度為g，則在這個過程中，下列說法正確的是()圖10A通過ab邊的電流方向為abB通過ab邊的電流方向為baCab邊經(jīng)過最低點時的速度vDab邊經(jīng)過最低點時的速度v答案BD解析ab邊向下擺動過程中，金屬框內(nèi)磁通量逐漸減小，根據(jù)楞次定律及右手螺旋定則可知感應(yīng)電流方向為ba，選項A錯誤，B正確；ab邊由水平位置到達(dá)最低點過程中，重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為焦耳熱，故v，故選項C錯誤，選項D正確二、非選擇題11.如圖11所示，電阻r0.3、質(zhì)量m0.1kg的金屬棒CD靜止在位于水平面上的兩條平行光滑的金屬導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)軌的電阻不計，導(dǎo)軌的左端接有阻值為R0.5的電阻，有一個理想電壓表接在電阻R的兩端，垂直導(dǎo)軌平面的勻強磁場向下穿過導(dǎo)軌平面現(xiàn)給金屬棒加一個水平向右的恒定外力F，觀察到電壓表的示數(shù)逐漸變大，最后穩(wěn)定在1.0V，此時金屬棒的速度為2m/s.圖11(1)求拉動金屬棒的外力F的大小(2)當(dāng)電壓表讀數(shù)穩(wěn)定后某一時刻，撤去外力F，求此后電阻R上產(chǎn)生的熱量答案(1)1.6N(2)0.125J解析(1)金屬棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBLv電路中的感應(yīng)電流I，金屬棒受到的安培力F安BIL，金屬棒勻速運動有FF安由題意可知E(Rr)，聯(lián)立以上各式解得F1.6N.(2)金屬棒的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則mv2Q，電阻R上產(chǎn)生的熱量QRQ，解得QR0.125J.12如圖12所示，相距為L的光滑平行金屬導(dǎo)軌ab、cd固定在水平桌面上，上面放有兩根垂直于導(dǎo)軌的金屬棒MN和PQ，金屬棒質(zhì)量均為m，電阻值均為R.其中MN被系于中點的細(xì)繩束縛住，PQ的中點與一繞過定滑輪的細(xì)繩相連，繩的另一端系一質(zhì)量也為m的物塊，繩處于拉直狀態(tài)整個裝置放于豎直向下的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度的大小為B.若導(dǎo)軌的電阻、滑輪的質(zhì)量及一切摩擦均忽略不計，當(dāng)物塊由靜止釋放后，求：(重力加速度為g，金屬導(dǎo)軌足夠長，與MN、PQ相連的繩跟MN、PQ垂直)圖12(1)細(xì)繩對金屬棒MN的最大拉力；(2)金屬棒PQ能達(dá)到的最大速度答案(1)mg(2)解析(1)對棒PQ，開始時做加速度逐漸減小、速度逐漸增大的變加速運動，當(dāng)加速度為零時，速度達(dá)到最大，此時感應(yīng)電流最大此后棒PQ做勻速直線運動對棒PQ，F(xiàn)安BLImmg對棒MN，F(xiàn)mF安BLImmg.(2)對棒PQ，F(xiàn)安mg0時速度最大EBLvm，Im，F(xiàn)安BLIm解得vm.