高三物理专题10高中物理电磁应教案两份3星级2Word文件下载.docx

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②求出回路的电流强度；

③分析研究导体受力情况（包括安培力，用左手定则确定其方向）；

④列平衡方程或动力学方程求解．

（2）解决电磁感应现象中力学问题的技巧

①因电磁感应中力和运动问题所给图形大多为立体空间分布图，故在受力分析时，应把立体图转化为平面图，使物体（导体）所受的各力尽可能在同一平面图内，以便正确对力进行分解与合成，利用物体的平衡条件和牛顿运动定律列式求解．

②对于非匀变速运动最值问题的分析，注意应用加速度为零，速度达到最值的特点．

2．解决电磁感应现象中电路问题的基本方法与分析误区

①确定电源：

先判断产生电磁感应现象的那一部分导体，该部分导体可视为等效电源．

②分析电路结构，画等效电路图．

③利用电路规律求解，主要有欧姆定律，串并联规律等．

（2）常见的一些分析误区

①不能正确分析感应电动势及感应电流的方向．因产生感应电动势那部分电路为电源部分，故该部分电路中的电流应为电源内部的电流，而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势．

②应用欧姆定律分析求解电路时，不注意等效电源的内阻对电路的影响．

③对联接在电路中电表的读数不能正确进行分析，特别是并联在等效电源两端的电压表，其示数应该是外电压，而不是等效电源的电动势．

3．解决电磁感应现象中能量转化问题的基本方法与要点

①用法拉第电磁感应和楞次定律确定感应电动势的大小和方向．

②画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率表达式．

③分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程，即能量守恒方程．

（2）分析要点

分析过程中应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，即分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有摩擦力做功，必然有内能出现；

重力做功，就可能有机械能参与转化；

安培力做负功就将其它形式能转化为电能，做正功将电能转化为其它形式的能；

然后利用能量守恒列出方程求解．

4．解决电磁感应现象中图像问题的基本方法与要点

①看清横、纵坐标表示的物理量．

②理解图像的物理意义．

③画出对应的物理图像（常常采用分段法，数学法来处理）．

（2）分析要点

①定性或定量地表示出所研究问题的函数关系．

②注意横、纵坐标表达的物理理，以及各物理量的单位．

③注意在图象中E、I、B等物理量的方向是通过正负值来反映，故确定大小变化的同时，还应确定方向的变化情况．

Ⅱ.典例精讲

例1．电磁感应中的力和运动

磁悬浮列车是一种高速低耗的新型交通工具。

它的驱动系统简化为如下模型，固定在列车下端的动力绕组可视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长边MN长为l，平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴，如图1所示。

列车轨道沿Ox方向，轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿Ox方向按正弦规律分布，其空间周期为λ，最大值为B0，如图2所示，金属框同一长边上各处的磁感应强度相同，整个磁场以速度v0沿Ox方向匀速平移。

设在短暂时间内，MN、PQ边所在位置的磁感应强度随时间的变化可以忽略，并忽略一切阻力。

列车在驱动系统作用下沿Ox方向加速行驶，某时刻速度为v（v<

v0）。

（1）简要叙述列车运行中获得驱动力的原理；

（2）为使列车获得最大驱动力，写出MN、PQ边应处于磁场中的什么位置及λ与d之间应满足的关系式：

（3）计算在满足第

（2）问的条件下列车速度为v时驱动力的大小。

例2．电磁感应与电路的综合

在磁感应强度为B=0.4T的匀强磁场中放一个半径r0=50cm的圆形导轨，上面搁有互相垂直的两根导体棒，一起以角速度ω=103rad/s逆时针匀速转动.圆导轨边缘和两棒中央通过电刷与外电路连接，若每根导体棒的有效电阻为R0=0.8Ω，外接电阻R=3.9Ω，如所示，求：

（1）每半根导体棒产生的感应电动势.

（2）当电键S接通和断开时两电表示数（假定RV→∞，RA→0）.

例3．电磁感应中的图象问题

矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直低面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示。

若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，下列各图中正确的是（）

例．电磁感应中的能量转化

如图所示，空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度B=1T，每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d=0.5m，现有一边长l=0.2m、质量m=0.1kg、电阻R=0.1Ω的正方形线框MNOP以v0=7m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场，求

（1）线框MN边刚进入磁场时受到安培力的大小F．

（2）线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Q．

（3）线框能穿过的完整条形磁场区域的个数n．

Ⅲ.达标检测

＜建议用时50分钟！

1（14分）如图所示，两根与水平面成θ＝30角的足够长光滑金属导轨平行放置，导轨间距为L＝1m，导轨底端接有阻值为0.5的电阻R，导轨的电阻忽略不计。

整个装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面斜向上，磁感应强度B＝1T。

现有一质量为m＝0.2kg、电阻为0.5的金属棒用细绳通过光滑滑轮与质量为M＝0.5kg的物体相连，细绳与导轨平面平行。

将金属棒与M由静止释放，棒沿导轨运动了2m后开始做匀速运动。

运动过程中，棒与导轨始终保持垂直接触。

（取重力加速度g=10m/s2）求：

（1）金属棒匀速运动时的速度；

（2）棒从释放到开始匀速运动的过程中，电阻R上

产生的焦耳热；

（3）若保持某一大小的磁感应强度B1不变，取不同

质量M的物块拉动金属棒，测出金属棒相应的

做匀速运动的v值，得到实验图像如图所示，

请根据图中的数据计算出此时的B1；

（4）改变磁感应强度的大小为B2，B2＝2B1，其他条件不变，

请在坐标图上画出相应的v—M图线，并请说明图线与M轴的

交点的物理意义。

2、（14分）如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨与水平面成53°

角固定放置，导轨间连接一阻值为4Ω的电阻R，导轨电阻忽略不计．在两平行虚线L1、L2间有一与导轨所在平面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场，磁场区域的宽度为d=0.5m．导体棒a的质量为ma=0.6kg，电阻Ra=4Ω；

导体棒b的质量为mb=0.2kg，电阻Rb=12Ω；

它们分别垂直导轨放置并始终与导轨接触良好．现从图中的M、N处同时将它们由静止开始释放，运动过程中它们都能匀速穿过磁场区域，当b刚穿出磁场时，a正好进入磁场（g取10m/s2，sin53°

=0.8，且不计a、b之间电流的相互作用）．求：

（1）在整个过程中，a、b两导体棒分别克服安培力做的功；

（2）在a穿越磁场的过程中，a、b两导体棒上产生的焦耳热之比；

（3）在穿越磁场的过程中，a、b两导体棒匀速运动的速度大小之比；

（4）M点和N点之间的距离．

3．（14分）如图所示光滑的定滑轮上绕有轻质柔软细线，线的一端系一质量为3m的重物，另一端系一质量为m、电阻为r的金属杆。

在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PQ、EF，在QF之间连接有阻值为R的电阻，其余电阻不计，磁感应强度为B0的匀强磁场与导轨平面垂直，开始时金属杆置于导轨下端QF处，将重物由静止释放，当重物下降h时恰好达到稳定速度而匀速下降。

运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好，（忽略所有摩擦，重力加速度为g），求：

（1）电阻R中的感应电流方向；

（2）重物匀速下降的速度v；

（3）重物从释放到下降h的过程中，电阻R中产生的焦耳热QR；

（4）若将重物下降h时的时刻记作t=0，速度记为v0，从此时刻起，磁感应强度逐渐减小，若此后金属杆中恰好不产生感应电流，则磁感应强度B怎样随时间t变化（写出B与t的关系式）。

4．如图所示，两平行的光滑金属导轨安装在一倾角为α的光滑绝缘斜面上，导轨间距为L，电阻忽略不计且足够长，一宽度为d的有界匀强磁场垂直于斜面向上，磁感应强度为B。

另有一长为2d的绝缘杆将一导体棒和一边长为d（d<

L）的正方形线框连在一起组成的固定装置，总质量为m，导体棒中通有大小恒为I的电流。

将整个装置置于导轨上，开始时导体棒恰好位于磁场的下边界处。

由静止释放后装置沿斜面向上运动，当线框的下边运动到磁场的上边界MN处时装置的速度恰好为零。

重力加速度为g。

（1）求刚释放时装置加速度的大小；

（2）求这一过程中线框中产生的热量；

（3）在图（b）中定性地画出整个装置向上运动过程中的速度-时间（v-t）图像；

（4）之后装置将向下运动，然后再向上运动，经过若干次往返后，最终整个装置将在斜面上作稳定的往复运动。

求稳定后装置运动的最高位置与最低位置之间的距离。

5、（14分）如图a所示，竖直平面内有两根光滑且不计电阻的长平行金属导轨，间距L。

导轨间的空间内存在垂直导轨平面的匀强磁场。

将一质量m、电阻R的金属杆水平靠在导轨处上下运动，与导轨接触良好。

（1）若磁感应强度随时间变化满足B=kt，k为已知非零常数。

金属杆在距离导轨顶部L处释放，则何时释放，会获得向上的加速度。

（2）若磁感应强度随时间变化满足

，B0、c、d均为已知非零常数。

为使金属杆中没有感应电流产生，从t=0时刻起，金属杆应在外力作用下做何种运动？

列式说明。

（3）若磁感应强度恒定为B0，静止释放金属杆。

对比b图中从铝管顶部静止释放磁性小球在铝管中的下落。

试从能量角度用文字分析两图中的共同点。

6．（14分）如图，MN、PQ为固定在同一竖直平面内的两根水平导轨，两导轨相距d=10cm，导轨电阻不计。

ab、ef为两根金属棒，ab的电阻R1=0.4Ω，质量m1=1kg，ef的电阻R2=0.6Ω，质量m2=2kg。

金属棒ab竖直立于两导轨间，可沿着导轨在水平方向平动。

金属棒ef下端用铰链与导轨PQ链接，可在两导轨间转动，ef的上端与导轨MN的下表面搭接，金属棒ef与导轨成60°

角。

两棒与导轨保持良好接触，不计各处摩擦。

整个装置处在磁感应强度B=1T、方向垂直于导轨的水平磁场中。

t=0时起，给金属棒ab施加一水平向左的力F1，使金属棒ab向左运动，同时给金属棒ef的上端施加一垂直于ef斜向上的力F2（F2在图示竖直平面内），F2随时间的变化满足：

F2=（0.01t+5）N，在金属棒ab向左运动的过程中，金属棒ef与导轨MN保持搭接但恰好无压力。

重力加速度g取10m/s2。

试求：

（1）金属棒ab的速度随时间变化的关系式，并说明其运动性质。

（2）在0~5s内，通过金属棒ab的电量。

（3）第5s末，F1的瞬时功率。

7.（16分）如图所示，虚线框内为某种电磁缓冲车的结构示意图，其主要部件为缓冲滑块K和质量为m的缓冲车厢。

在缓冲车厢的底板上，平行车的轴线固定着两个光滑水平绝缘导轨PQ、MN。

缓冲车的底部，还装有电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B。

导轨内的缓冲滑块K由高强度绝缘材料制成，滑块K上绕有闭合矩形线圈abcd，线圈的总电阻为R，匝数为n，ab边长为L。

假设缓冲车以速度v0与障碍物C碰撞后，滑块K立即停下，此后线圈与轨道的磁场作用力使缓冲车厢减速运动，从而实现缓冲，一切摩擦阻力不计。

（1）求滑块K的线圈中最大感应电动势的大小；

（2）若缓冲车厢向前移动距离L后速度为零，则此过程线圈abcd中通过的电量和产生的焦耳热各是多少？

（3）若缓冲车以某一速度v0′（未知）与障碍物C碰撞后，滑块K立即停下，缓冲车厢所受的最大水平磁场力为Fm。

缓冲车在滑块K停下后，其速度v随位移x的变化规律满足：

v＝v0′﹣

x。

要使导轨右端不碰到障碍物，则缓冲车与障碍物C碰撞前，导轨右端QN与滑块K的cd边距离至少多大？

8．（14分）如图甲所示，光滑的平行金属导轨水平放置，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻。

在MN与PQ之间存在垂直轨道平面的有界匀强磁场，磁场宽度为d。

一质量为m的金属棒ab置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，不计导轨和金属棒的电阻。

金属棒ab受水平力F=

（N）的作用，其中x为金属棒距MN的距离，F与x的关系如图乙所示。

金属棒ab从磁场的左边界由静止开始运动，通过电压传感器测得电阻R两端电压随时间均匀增大。

已知l＝1m，m＝1kg，R＝0.5，d＝1m。

问：

（1）金属棒刚开始运动时的加速度为多少？

并判断该金属棒在磁场中做何种运动。

（2）磁感应强度B的大小为多少？

（3）若某时刻撤去外力F后棒的速度v随位移s的变化规律满足

（v0为撤去外力时的速度，s为撤去外力F后的位移），且棒运动到PQ处时恰好静止，则外力F作用的时间为多少？

（4）在（3）的情况下，金属棒从MN运动到PQ的整个过程中左侧电阻R产生的热量约为多少？

9．（14分）如图（a），质量为M=2kg的足够长金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面

上。

一电阻不计，质量为m=1.5kg的导体棒PQ放置在导轨上，始终与导轨接触良好，

PQbc构成矩形。

棒与导轨间动摩擦因数为μ=0.6，棒左侧有两个固定于水平面的立柱。

导轨bc段长为L=1m，开始时PQ左侧导轨的总电阻为R=1Ω，右侧导轨单位长度的电阻为

R0=1Ω/m。

以ef为界，其左侧匀强磁场方向竖直向上，右侧匀强磁场水平向左，两侧磁

场的磁感应强度大小相等。

在t=0时，一水平向左的拉力F垂直作用在导轨的bc边上，

使导轨由静止开始做匀加速直线运动。

已知当t1=0时，水平拉力F1=11N；

当t2=2s时，水

平拉力F2=14.6N。

（1）求磁感应强度B的大小和金属导轨加速度的大小；

（2）某过程中回路产生的焦耳热为Q=0.5×

102J，导轨克服摩擦力做功为W=1.5×

102J，求导轨动能的增加量；

（3）请在图（b）的坐标系中画出拉力F随时间t变化的关系图线，并要求在坐标轴上标出图线关键点的坐标值（要求写出分析过程）。

10．（16分）如图所示，足够长的U型金属框架放置在绝缘斜面上，斜面倾角30°

，框架的宽度L＝1.0m、质量M=1.0kg。

导体棒

垂直放在框架上，且可以无摩擦的运动。

设不同质量的导体棒ab放置时，框架与斜面间的最大静摩擦力均为Fmax=7N。

导体棒ab电阻R＝0.02Ω，其余电阻一切不计。

边界相距d的两个范围足够大的磁场Ⅰ、Ⅱ，方向相反且均垂直于金属框架，磁感应强度均为B=0.2T。

导体棒ab从静止开始释放沿框架向下运动，当导体棒运动到即将离开Ⅰ区域时，框架与斜面间摩擦力第一次达到最大值；

导体棒ab继续运动，当它刚刚进入Ⅱ区域时，框架与斜面间摩擦力第二次达到最大值。

求：

（1）磁场Ⅰ、Ⅱ边界间的距离d；

（2）欲使框架一直静止不动，导体棒ab的质量应该满足的条件。

11．（14分）如图所示，aa’、bb’、cc’、dd’为四条平行金属轨道，都处在水平面内。

aa’、dd’间距2L，bb’、cc’间距L。

磁感应强度B的有界匀强磁场垂直于纸面向里，边界与轨道垂直。

ab、cd两段轨道在磁场区域正中间，到磁场左右边界距离均为s。

轨道电阻不计且光滑，在a’d’之间接一阻值R的定值电阻。

现用水平向右的力拉着质量为m、长为2L的规则均匀金属杆从磁场左侧某处由静止开始向右运动，金属杆的电阻与其长度成正比，金属杆与轨道接触良好，运动过程中不转动，忽略与ab、cd重合的短暂时间内速度的变化。

（1）证明：

若拉力为恒力，无论金属杆的内阻r为多少，都不能使金属杆保持匀速通过整个磁场；

（2）若金属杆内阻r=2R，保持拉力为F不变，使金属杆进入磁场后立刻作匀速直线运动。

当金属杆到达磁场右边界时，速度大小为v。

试求此次通过磁场过程中，整个回路放出的总热量；

（3）若金属杆内阻r=2R，通过改变拉力的大小，使金属杆从磁场左侧某处从静止开始出发，保持匀加速运动到达磁场右边界。

已知金属杆即将到达ab、cd位置时拉力的大小F1，已在图中标出。

试定性画出拉力大小随时间的变化关系图。

（不需要标关键点的具体坐标，但图像应体现各段过程的差异

12．（15分）如图所示，一边长L＝0.2m，质量m1＝0.5kg，电阻R＝0.1Ω的正方形导体线框abcd，与一质量为m2＝2kg的物块通过轻质细线跨过两定滑轮相连。

起初ad边距磁场下边界为d1＝0.8m，磁感应强度B＝2.5T，磁场宽度d2＝0.3m，物块放在倾角θ＝53°

的斜面上，物块与斜面间的动摩擦因数μ＝0.5。

现将物块由静止释放，当ad边刚离开磁场上边缘时，线框恰好开始做匀速运动。

（g取10m/s2，sin53°

＝0.8，cos53°

＝0.6）

（1）线框ad边从磁场上边缘穿出时绳中拉力的功率；

（2）线框刚刚全部进入磁场时速度的大小；

（3）从开始运动到线框刚离开磁场，整个运动过程中产生的热量。

13．（14分）如图，光滑的平行金属导轨水平放置，导轨间距为L，左侧接一阻值为R的电阻。

矩形区域abfe内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B。

导轨上ac段和bd段单位长度的电阻为r0，导轨其余部分电阻不计，且ac=bd=x1。

一质量为m，电阻不计的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好。

金属棒受到一个水平拉力作用，从磁场的左边界由静止开始作匀加速直线运动，加速度大小为a。

棒运动到cd处撤去外力，此后棒的速度vt随位移x的变化规律满足

，且棒在运动到磁场右边界ef处恰好静止。

（1）用法拉第电磁感应定律导出本题中金属棒在区域abdc内切割磁感线时产生的感应电动势随时间t变化的表达式；

（2）df的长度x2应满足什么条件；

（3）金属棒运动过程中流过电阻R的最大电流值和最小电流值。

14.（14分）如图所示，一对平行光滑轨道放置在水平面上，两轨道间距l＝0.20m，电阻R＝1，有一质量为m＝1kg的金属棒MN平放在轨道上，与两轨道垂直，金属棒及轨道的电阻可忽略不计，整个装置处于垂直轨道平面向下的匀强磁场中，磁感应强度B=5T，现用拉力F平行轨道方向拉金属棒，使棒做初速为零的匀加速直线运动，加速度a＝1m/s2，试求：

（1）第2s末安培力FA的大小；

（2）在虚线方框内画出拉力F随时间t变化的图线（要标出坐标值）；

（3）当拉力F＝4N时，电路消耗的电功率；

（4）若拉力F的最大值为5N，流过电阻R的最大电流为多大？

课内练习与训练

学生对本次课的小结及评价

1、本次课你学到了什么知识

2、你对本次课评价：

特别满意满意一般差学生签字：

课后作业情况：

有（见附件）无

教学小结

教师签字：

电访情况：

有无

电访内容：

审阅签字:

时间:

主任签字: