高考物理電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用考點(diǎn)總結(jié)-全文預(yù)覽
【正文】 的電阻，處在方向豎直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，質(zhì)量為 m的導(dǎo)體棒與固定彈簧相連，放在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒的電阻均可忽略．初始時(shí)刻，彈簧恰處于自然長(zhǎng)度，導(dǎo)體棒具有水平向右的初速度 過程中，導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸． 圖 9－ 3－ 8 (1)求初始時(shí)刻導(dǎo)體棒受到的安培力． (2)若導(dǎo)體棒從初始時(shí)刻到速度第一次為零時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為 Ep，則這一過程中安培力所做的功 W1和電阻 R上產(chǎn)生的焦耳熱 Q1分別為多少？ (3)導(dǎo)體棒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終將靜止于何處？從導(dǎo)體棒開始運(yùn)動(dòng)到最終靜止的過程中，電阻 R上產(chǎn)生的焦耳熱 Q為多少？ [思路點(diǎn)撥 ] 解答本題時(shí)，借助法拉第電磁感應(yīng)定律及歐姆定律求出感應(yīng)電流，然后利用 F＝ BIL求出安培力，棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，其動(dòng)能、彈簧彈性勢(shì)能及電能相互轉(zhuǎn)化，可利用功能關(guān)系或能量守恒求得結(jié)果． [課堂筆記 ] (1)初始時(shí)刻棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E＝ BLv0 ① 棒中感應(yīng)電流 I＝ ② 作用于棒上的安培力 F＝ BIL ③ 聯(lián)立 ①②③ ，得 F＝ 安培力方向：水平向左． (2)由功能關(guān)系得 安培力做功 W1＝ Ep－ mv02 電阻 R上產(chǎn)生的焦耳熱 Q1＝ mv02－ Ep. (3)由能量轉(zhuǎn)化及平衡條件等，可判斷： 棒最終靜止于初始位置： Q＝ mv02. [答案 ] (1) ，方向水平向左 (2)Ep－ mv02 mv02－ Ep (3)棒最終靜止于初始位置， mv02 安培力做功，數(shù)值上等于產(chǎn)生的電能，電能通過電流做功，轉(zhuǎn)化為焦耳熱或其他形式的能 (如機(jī)械能 ). (10分 )如 圖 9－ 3－ 9甲所示，一對(duì)平行光滑軌道放置在水平面上，兩軌道間距 l＝ m，電阻 R＝ Ω；有一導(dǎo)體桿靜止地放在軌道上，與兩軌道垂直，桿及軌道的電阻皆可忽略不計(jì)，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度 B＝ T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直軌道面向下．現(xiàn)用一外力 F沿軌道方向拉桿，使之做勻加速運(yùn)動(dòng)，測(cè)得力 F與時(shí)間 t的關(guān)系如圖乙所示．求桿的質(zhì)量 m和加速度 a. 圖 9－ 3－ 9 [思路點(diǎn)撥 ] 此題是牛頓第二定律、閉合電路、電磁感應(yīng)綜合運(yùn)用的題目，要從圖中得到電路和力與時(shí)間的信息，將上述知識(shí)聯(lián)系起來(lái)建立方程求解． [解題樣板 ] 導(dǎo)體桿在軌道上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用 v表示瞬時(shí)速度， t表示時(shí)間，則桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 E＝ Blv＝ Blat┄┄┄┄┄┄┄┄ ① (2分 ) 閉合回路中的感應(yīng)電流為 I＝ ┄┄┄┄┄┄┄┄ ② (1分 ) 由安培定則和牛頓第二定律得 F－ BIl＝ ma┄┄┄┄ ③ (1分 ) 將 ①② 式代入 ③ 式整理得 F＝ ma＋ at┄┄┄┄ ④ (2分 ) 在圖乙所示圖線上取兩點(diǎn)： t1＝ 0， F1＝ 1 N； t2＝ 10 s， F2＝ 2 N代入式，聯(lián)立方程解得 a＝ 10 m/s2， m＝ kg.┄┄┄ (4分 ) [答案 ] kg 10 m/s2 解答本題的關(guān)鍵是找到關(guān)鍵時(shí)刻點(diǎn)，如 t＝ 0時(shí)刻、 t＝ 10 s時(shí)刻或其他時(shí)刻，能夠在圖象上標(biāo)出對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)值．解答這類題學(xué)生最容易出現(xiàn)的問題是應(yīng)用圖象的能力差導(dǎo)致一些數(shù)據(jù)無(wú)法得出而丟分． 1．如圖 9－ 3－ 10所示，在豎直向下 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將一水平放置的 金屬棒 ab以水平速度 v0拋出．設(shè) 在整個(gè)過程中，棒的取向不變且 不計(jì)空氣阻力，則在金屬棒運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 大小變化情況是 ( ) A．越來(lái)越大 B．越來(lái)越小 C．保持不變 D．無(wú)法判斷 圖 9－ 3－ 10 解析： 金屬棒水平拋出后，在垂直于磁場(chǎng)方向的速度不變，由 E＝ BLv可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不變． C項(xiàng)正確． 答案： C 2．如圖 9－ 3－ 11所示， 有兩根和水平方向成 α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(zhǎng)，空間有垂直于軌道平 面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 m的金屬桿從 軌道上由靜止滑下，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，金屬桿的速 度會(huì)趨近于一個(gè)最大速度 vm，則 ( ) 圖 9－ 3－ 11 A．如果 B增大， vm將變大 B．如果 α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 解析： 以金屬桿為研究對(duì)象，受力如圖所示． 根據(jù)牛頓第二定律得 mgsinα－ F安 ＝ ma，其中 F安 ＝ . 當(dāng) a→0時(shí)， v→vm， 解得 vm＝ ， 結(jié)合此式分析即得 B、 C選項(xiàng)正確． 答案： BC 2．如圖 9－ 3－ 12所示，兩根豎直放置的光 滑平行導(dǎo)軌，其一部分處于方向垂直于導(dǎo) 軌所在平面、有上下水平邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 中，一根金屬桿 MN從水平位置沿導(dǎo)軌滑 下，在與導(dǎo)軌和電阻 R組成的閉合電路中， 其他電阻不計(jì)，當(dāng)金屬桿 MN進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)后，其運(yùn)動(dòng)的速 度圖象不可能是圖 9－ 3－ 13中的 ( ) 圖 9－ 3－ 12 圖 9－ 3－ 13 解析： 選項(xiàng) A是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)剛好安培力等于重力，選項(xiàng) C是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)安培力小于重力，選項(xiàng) D中是進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)安培力大于重力．選項(xiàng) B不對(duì)，因?yàn)殡S著速度的增大，安培力增大，加速度必發(fā)生變化，金屬桿不會(huì)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)． 答案： B 4．如圖 9－ 3－ 14所示，邊長(zhǎng)為 L的正方 形導(dǎo)線框質(zhì)量為 m，由距磁場(chǎng) H高處 自由下落，其下邊 ab進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng) 后，線圈開始做減速運(yùn)動(dòng)，直到其 上邊 cd剛剛穿出磁場(chǎng)時(shí)，速度減為 ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的一半，磁場(chǎng)的 寬度也為 L，則線框穿越勻強(qiáng)磁場(chǎng)過程中發(fā)出的焦耳熱為 ( ) 圖 9－ 3－ 14 A． 2mgL B． 2mgL＋ mgH C． 2mgL＋ mgH D． 2mgL＋ mgH 解析： 設(shè)剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度為 v1，則剛穿出磁場(chǎng)時(shí)為 v2＝ ① 線框從開始下落 H時(shí)， 有 mv12＝ mgH ② 從開始進(jìn)入磁場(chǎng)到完全穿出磁場(chǎng)共下落 2L， mv12＋ mg天津高考 )如圖 9－ 3－ 3所示， 豎直放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌之間 接有定值電阻 R，質(zhì)量不能忽略的 金屬棒與兩導(dǎo)軌始終保持垂直并良 好接觸且無(wú)摩擦，棒與導(dǎo)軌的電阻 均不計(jì)，整個(gè)裝置放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中， 磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，棒在豎直向上的 恒力 F作用下加速上升的一段時(shí)間內(nèi)，力 F做的功與 安培力做的功的代數(shù)和等于 ( ) 圖 9－ 3－ 3 A．棒的機(jī)械能增加量 B．棒的動(dòng)能增加量 C．棒的重力勢(shì)能增加量 D．電阻 R上放出的熱量
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