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高三物理一轮复习学案--电磁感应与能量的综合应用

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1 高三物理一轮复习学案

电磁感应与能量的综合应用

一、目标导航：

1.熟练掌握电磁感应现象中的常见功能关系；

2.熟练掌握电磁感应现象中电能的三种常用求解方法，并能灵活应用。

课前案

二、电磁感应问题往往涉及牛顿定律、动量守恒、能量守恒、电路的分析和计算等许多方面的物理知识，试题常见的形式是导体棒切割磁感线，产生感应电流，从而使导体棒受到安培力作用。导体棒运动的形式有匀速、匀变速和非匀变速3种，对前两种情况，容易想到用牛顿定律求解，对后一种情况一般要用能量守恒和动量守恒定律求解，但当安培力变化，且又涉及位移、速度、电荷量等问题时，用动量定理求解往往能巧妙解决。

1．能量转化

2．求解焦耳热Q的三种方法

3. 解决电磁感应能量问题的策略

克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；如果是安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能

【课中案】 例1．如图所示,固定在水平绝缘平面上足够长的金属导轨不计电阻,但表 2 面粗糙,导轨左端连接一个电阻R,质量为m的金属棒（电阻也不计）放在导轨上,并与导轨垂直,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直.用水平恒力F把ab棒从静止起向右拉动的过程中以下结论正确的有 （ ）

A.恒力F做的功等于电路产生的电能

B.恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能

C.克服安培力做的功等于电路中产生的电能

D.恒力F和摩擦力的合力做的功等于电路中产生的电能和棒获得的动能之和

例2．如图所示水平光滑的平行金属导轨，左端接有电阻R，匀强磁场B竖直向下分布在导轨所在空间内，质量一定的金属棒PQ垂直于导轨放置。今使棒以一定的初速度v0向右运动，当其通过位置a、b时，速率分别为va、vb，到位置c时棒刚好静止。设导轨与棒的电阻均不计a、b与b、c的间距相等，则金属棒在由a→b与b→c的两个过程中下列说法中正确的是

( )

A，金属棒运动的加速度相等

B．通过金属棒横截面的电荷量相等

C．回路中产生的电能Eab

D．金属棒通过a、b两位置时的加速度大小关系为ａａ<ａｂ

例3如图所示，两根足够长固定平行金属导轨位于倾角θ＝30°的斜面上，导轨上、下端各接有阻值R＝20Ω的电阻，导轨电阻忽略不计，导轨宽度L＝2m，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，磁感应强度B＝1T.质量m＝0.1kg、连入电路的电阻

r＝10Ω的金属棒ab在较高处由静止释放，当金属棒ab下滑高度h＝3m时，速度恰好达到最大值v＝2m/s.金属棒ab在下滑过程中始终与导轨垂直且与导轨良好接触．g取10m/s2.求：

(1)金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中机械能的减少量．

(2)金属棒ab由静止至下滑高度为3m的运动过程中导轨上端电阻R中产生的热量．

课后案

1、光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图所示，抛物线的方程y=x2，其下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y=a的直线（图中的虚线所示），一个小金属块从抛物线y=b（b>a）处以速度v沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，则金属块在曲面上滑动的过程中产生的焦耳热总量是（ ）

A．mgb 3 B． C．mg（b-a）

D．

2、如图所示，相距为d的两条水平虚线L1、L2之间是方向水平向里的匀强磁场，磁感应强度为B，正方形线圈abcd边长为L（L＜d），质量为m，电阻为R，将线圈在磁场上方高h处静止释放，cd边刚进入磁场时速度为v0，cd边刚离开磁场时速度也为v0，则线圈穿越磁场的过程中（从cd边刚进入磁场起一直到ab边离开磁场为止）（ ）

A．感应电流所做的功为mgd

B．感应电流所做的功为2mgd

C．线圈的最小速度可能为22LBmgR

D．线圈的最小速度一定为)(2dLhg

3.如图所示，正方形导线框ABCD、abcd的边长均为L，电阻均为R，质量分别为2m和m，它们分别系在一跨过两个定滑轮的轻绳两端，且正方形导线框与定滑轮处于同一竖直平面内。在两导线框之间有一宽度为2 L、磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。开始时导线框ABCD的下边与匀强磁场的上边界重合，导线框abcd的上边到匀强磁场的下边界的距离为L。现将系统由静止释放，当导线框ABCD刚好全部进入磁场时，系统开始做匀速运动。不计摩擦和空气阻力，则( )

A.两导线框刚开始做匀速运动时轻绳上的张力FT=2mg

B.系统匀速运动的速度大小22LBmgRv

C.导线框abcd通过磁场的时间mgRLBt322、

D.两线框从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热44223234QLBRgmmgL

4 4、两根足够长的光滑平行直导轨MN、PQ与水平面成θ角放置，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，磁场方向垂直于导轨平面向上，导轨和金属杆接触良好，它们的电阻不计。现让ab杆由静止开始沿导轨下滑。

(1)求ab杆下滑的最大速度vm;

(2)ab杆由静止释放至达到最大速度的过程中，电阻R产生的焦耳热为Q，求该过程中ab杆下滑的距离x及通过电阻R的电量q。

5、如图所示，将边长为a、质量为m、电阻为R的正方形导线框竖直向上抛出，穿过宽度为b、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里。线框向上离开磁场时的速度刚好是进入磁场时速度的一半，线框离开磁场后继续上升一段高度，然后落下并匀速进入磁场。整个运动过程中线框不发生转动.，不计空气阻力。求

（1）线框在下落阶段匀速进入磁场时的速度v。

（2）线框在上升阶段通过磁场过程中产生的焦耳热Q。

6、光滑平行的金属导轨MN和PQ,间距L=1.0 m,与水平面之间的夹角α=30°,匀强磁场磁感应强度B=4.0 T,垂直于导轨平面向上,MP间接有阻值R=2.0Ω的电阻,导线棒上电阻r=2.0Ω,质量m= 2.0 kg的金属杆ab垂直导轨放置,如图甲所示.用恒力F沿导轨平面向上拉金属杆ab,由静止开始运动,v—t图象如图乙所示,g=10 m/s2,导轨足够长.求:

（1）恒力F的大小.

（2）金属杆速度为2.0 m/s时的加速度大小.

（3）根据v-t图象估算在前0.8 s内电阻上产生的热量.

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2012届高三物理一轮复习精品资料：电磁感应(高考真题+模拟新题)(有详解)

2012届高三物理一轮复习精品资料：电磁感应(高考真题+模拟新题)(有详解)

第 1 页 共 16 页 2012届高三物理一轮复习精品资料：电磁感应（高考真题+模拟新题）（有详解）

L单元 电磁感应

L1 电磁感应现象、楞次定律

2．K1 L1[2011·江苏物理卷] 如图2所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行．线框由静止释放，在下落过程中(

)

图2

A．穿过线框的磁通量保持不变

B．线框中感应电流方向保持不变

C．线框所受安培力的合力为零

D．线框的机械能不断增大

2．K1 L1[2011·江苏物理卷] B 【解析】 当线框由静止向下运动时，穿过线框的磁通量逐渐减小，根据楞次定律可得，产生的感应电流的方向为顺时针且方向不发生变化，A错误，B正确；因线框上下两边所处的磁场强弱不同，线框所受的安培力的合力一定不为零，C错误；整个线框所受的安培力的合力竖直向上，对线框做负功，线框的机械能减小，D错误．

5．L1[2011·江苏物理卷] 如图5所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计．匀强磁场与导轨平面垂直．阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好．t＝0时，将开关S由1掷到2.q、i、v和a 分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度．下列图象正确的是( )

图5

A B C D

图6

5．L1[2011·江苏物理卷] D 【解析】 当开关S由1掷到2时，电容器开始放电，此时电流最大，棒受到的安培力最大，加速度最大，以后棒开始运动，产生感应电动势，棒相当于电源，利用右手定则可判断棒上端为正极，下端为负极，当棒运动一段时间后，电路中的电流逐渐减小，当电容器极板电压与棒两端电动势相等时，电容器不再放电，电路电流等于零，棒做匀速运动，加速度减为零，所以，B、C错误，D正确；因电容器两极板有电压，由q＝CU知电容器所带的电荷量不等于零，A错误.

第 2 页 共 16 页 L2 法拉第电磁感应定律、自感

【强烈推荐】2010届高考物理专题复习精品学案――电磁感应规律的综合应用

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高中高考物理复习资料

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2010届高考物理专题复习精品学案――电磁感应规律的综合应用

【命题趋向】

电磁感应综合问题往往涉及力学知识（如牛顿运动定律、功、动能定理、能量守恒定律等）、电学知识（如电磁感应定律、楞次定律、直流电路知识、磁场知识等）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。在备考中应给予高度重视。

【考点透视】

电磁感应是电磁学的重点，是高中物理中难度较大、综合性最强的部分。这一章是高考必考内容之一。如感应电流产生的条件、方向的判定、自感现象、电磁感应的图象问题，年年都有考题，且多为计算题，分值高，难度大，而感应电动势的计算、法拉第电磁感应定律，因与力学、电路、磁场、能量、动量等密切联系，涉及知识面广，综合性强，能力要求高，灵活运用相关知识综合解决实际问题，成为高考的重点。因此，本专题是复习中应强化训练的重要内容。

【例题解析】

一、电磁感应与电路

题型特点：闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体在做切割磁感线运动,在回路中将产生感应电动势，回路中将有感应电流。从而讨论相关电流、电压、电功等问题。其中包含电磁感应与力学问题、电磁感应与能量问题。

解题基本思路：1．产生感应电动势的导体相当于一个电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻.

2．电源内部电流的方向是从负极流向正极，即从低电势流向高电势.

3．产生感应电动势的导体跟用电器连接，可以对用电器供电，由闭合电路欧姆定律求解各种问题.

4．解决电磁感应中的电路问题，必须按题意画出等效电

路，其余问题为电路分析和闭合电路欧姆定律的应用.

例1.如图所示，两个电阻的阻值分别为R和2R，其余电阻不计，电容器的电容量为C，匀强磁场的磁感应强度为B，

方向垂直纸面向里，金属棒ab、cd 的长度均为l ，当棒ab以速度v 向左切割磁感应线运动时，当棒cd以速度2v

2017-2018黄山中学高三物理一轮复习——法拉第电磁感应定律应用

2017-2018黄山中学高三物理一轮复习——法拉第电磁感应定律应用

邹平县黄山中学2015级物理学案

---法拉第电磁感应定律

【学习目标】

1. 学习运用法拉第电磁感应定律解决电路中的电动势问题

2.学习处理电磁感应中电路相关问题

3.学会处理电磁感应中的动力学和能量问题

【课堂探究过程】

情景1：如图甲所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路。线圈的半径为r1。在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示。图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0，导线的电阻不计。

问题1：试画出等效电路图，并比较ab两点电势的高低。

问题2：求解回路中产生的感应电动势大小

问题3：求解电路中感应电流的大小及方向并思考此时产生的电动势、电流的特点。

问题4： 求解在0—t1时间内电阻R1产生的热量以及电阻R1消耗的热功率

问题5：求解在0—t1时间内通过电阻R1的电量

跟踪训练1：如图甲所示，一个圆形线圈的匝数n＝100，线圈面积S＝200 cm2，线圈的电阻r＝1 Ω，线圈外接一个阻值R＝4 Ω的电阻，把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中，磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法中正确的是( )

A．线圈中的感应电流方向为顺时针方向

B．电阻R两端的电压随时间均匀增大

C．线圈电阻r消耗的功率为4×10－4 W

D．前4 s内通过R的电荷量为4×10－4 C 情景2：如图所示，两根足够长的平行光滑导轨水平放置，间距L＝0.3 m，在导轨间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.5 T。一根直金属杆MN在力F的作用下以v＝2 m/s的速度向右匀速运动，杆MN始终与导轨垂直且接触良好。杆MN接入电路的电阻r＝1 Ω，杆MN的质量为m=1kg，电阻R=2Ω，导轨的电阻可忽略。

问题1：试画出等效电路图，并比较ab两点电势的高低。

问题2：求解回路中产生的感应电动势大小

物理学案 人教版高考一轮复习第10章电磁感应学案及实验教学

物理学案 人教版高考一轮复习第10章电磁感应学案及实验教学

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第2讲

法拉第电磁感应定律 自感 涡流

一、法拉第电磁感应定律

1．感应电动势

(1)概念：在电磁感应现象中产生的电动势。

(2)产生条件：穿过回路的磁通量发生改变，与电路是否闭合无关。

(3)方向判断：感应电动势的方向用楞次定律或右手定则判断。

2．法拉第电磁感应定律

(1)内容：闭合电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

(2)公式：E＝nΔΦΔt，其中n为线圈匝数。

(3)感应电流与感应电动势的关系：遵守闭合电路的欧姆定律，即I＝ER＋r。

3．导体切割磁感线的情形

(1)若B、l、v相互垂直，则E＝Blv。

(2)v∥B时，E＝0。

二、自感、涡流

1．自感现象

(1)概念：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感。

(2)自感电动势

①定义：在自感现象中产生的感应电动势叫作自感电动势。

②表达式：E＝LΔIΔt。

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(3)自感系数L

①相关因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关。

②单位：亨利(H)，1 mH＝10－3 H,1 μH＝10－6 H。

2．涡流

当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水的漩涡，所以叫涡流。

授课提示：对应学生用书第196页

命题点一 对法拉第电磁感应定律的理解及应用 自主探究

1．感应电动势的决定因素

(1)由E＝nΔΦΔt知，感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt和线圈匝数n共同决定，磁通量Φ较大或磁通量的变化量ΔΦ较大时，感应电动势不一定较大。

(2)ΔΦΔt为单匝线圈产生的感应电动势大小。

2．法拉第电磁感应定律的三个特例

(1)回路与磁场垂直的面积S不变，磁感应强度发生变化，则ΔΦ＝ΔB·S，E＝nΔBΔtS。

(2)磁感应强度B不变，回路与磁场垂直的面积发生变化，则ΔΦ＝B·ΔS，E＝nBΔSΔt。