优品课件之届高考物理基础知识要点复习 电磁感应.docx
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优品课件之届高考物理基础知识要点复习电磁感应
2011届高考物理基础知识要点复习电磁感应
2011届高三物理一轮复习全案:
第五章电磁感应单元复习(选修3-2)
【单元知识网络】【单元归纳整合】一、电磁感应中的“双杆问题”电磁感应中“双杆问题”是学科内部综合的问题,涉及到电磁感应、安培力、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律及能量守恒定律等。
要求学生综合上述知识,认识题目所给的物理情景,找出物理量之间的关系,因此是较难的一类问题,也是近几年高考考察的热点。
下面对“双杆”类问题进行分类例析1、“双杆”向相反方向做匀速运动:
当两杆分别向相反方向运动时,相当于两个电池正向串联。
2.“双杆”同向运动,但一杆加速另一杆减速当两杆分别沿相同方向运动时,相当于两个电池反向串联。
3.“双杆”中两杆都做同方向上的加速运动。
“双杆”中的一杆在外力作用下做加速运动,另一杆在安培力作用下做加速运动,最终两杆以同样加速度做匀加速直线运动。
4.“双杆”在不等宽导轨上同向运动。
“双杆”在不等宽导轨上同向运动时,两杆所受的安培力不等大反向,所以不能利用动量守恒定律解题。
【单元强化训练】1、直导线ab放在如图所示的水平导体框架上,构成一个闭合回路.长直导线cd和框架处在同一个平面内,且cd和ab平行,当cd中通有电流时,发现ab向左滑动.关于cd中的电流下列说法正确的是( )A.电流肯定在增大,不论电流是什么方向B.电流肯定在减小,不论电流是什么方向C.电流大小恒定,方向由c到dD.电流大小恒定,方向由d到c解析:
ab向左滑动,说明通过回路的磁通量在减小,通过回路的磁感应强度在减弱,通过cd的电流在减小,与电流方向无关.答案:
B2、如图所示,四根等长的铝管和铁块(其中C中铝管不闭合,其他两根铝管和铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内,分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放,忽略空气阻力,则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是( )A.tA>tB=tC=tDB.tC=tA=tB=tDC.tC>tA=tB=tDD.tC=tA>tB=tD解析:
A中闭合铝管不会被磁铁磁化,但当磁铁穿过铝管的过程中,铝管可看成很多圈水平放置的铝圈,据楞次定律知,铝圈将发生电磁感应现象,阻碍磁铁的相对运动;因C中铝管不闭合,所以磁铁穿过铝管的过程不发生电磁感应现象,磁铁做自由落体运动;铁块在B中铝管和D中铁管中均做自由落体运动,所以磁铁和铁块在管中运动时间满足tA>tC=tB=tD,A正确.答案:
A3、(2010•陕西省西安市统考)如图所示,Q是单匝金属线圈,MN是一个螺线管,它的绕线方法没有画出,Q的输出端a、b和MN的输入端c、d之间用导线相连,P是在MN的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈.若在Q所处的空间加上与环面垂直的变化磁场,发现在t1至t2时间段内弹簧线圈处于收缩状态,则所加磁场的磁感应强度的变化情况可能是( )解析:
在t1至t2时间段内弹簧线圈处于收缩状态,说明此段时间内穿过线圈的磁通量变大,即穿过线圈的磁场的磁感应强度变大,则螺线管中电流变大,单匝金属线圈Q产生的感应电动势变大,所加磁场的磁感应强度的变化率变大,即B―t图线的斜率变大,选项D正确.答案:
D4、如图9-2-16中半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中,绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻R的电流的大小和方向是(金属圆盘的电阻不计)( )A.由c到d,I=Br2ω/RB.由d到c,I=Br2ω/RC.由c到d,I=Br2ω/(2R)D.由d到c,I=Br2ω/(2R)解析:
金属圆盘在匀强磁场中匀速转动,可以等效为无数根长为r的导体棒绕O点做匀速圆周运动,其产生的感应电动势大小为E=Br2ω/2,由右手定则可知其方向由外指向圆心,故通过电阻R的电流I=Br2ω/(2R),方向由d到c,故选D项.答案:
D5、(2010•山东省烟台市一模)如图甲所示,P、Q为水平面内平行放置的金属长直导轨,间距为d,处在大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中.一根质量为m、电阻为r的导体棒ef垂直于P、Q放在导轨上,导体棒ef与P、Q导轨之间的动摩擦因数为μ.质量为M的正方形金属框abcd,边长为L,每边电阻均为r,用细线悬挂在竖直平面内,ab边水平,线框的a、b两点通过细导线与导轨相连,金属框上半部分处在大小为B、方向垂直框面向里的匀强磁场中,下半部分处在大小也为B,方向垂直框面向外的匀强磁场中,不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力.现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动,从导体棒开始运动计时,悬挂线框的细线拉力T随时间的变化如图乙所示,求:
(1)t0时间以后通过ab边的电流
(2)t0时间以后导体棒ef运动的速度(3)电动机的牵引力功率P解:
(1)以金属框为研究对象,从t0时刻开始拉力恒定,故电路中电流恒定,设ab边中电流为I1,cd边中电流为I2由受力平衡:
………(2分)由图象知……………………………(1分),I1=3I2……………………(1分)由以上各式解得:
………………(2分)
(2)设总电流为I,由闭合路欧姆定律得:
…………………………………(2分)………………………………………(1分)………………………………………(1分)I=I1+I2=I1=…………………………(2分)解得:
…………………………(2分)(3)由电动机的牵引功率恒定P=F•v对导体棒:
……………(2分)解得:
……(2分)6、(2010•山东省东营市一模)如图甲所示,两平行金属板的板长不超过0.2m,板间的电压u随时间t变化的图线如图乙所示,在金属板右侧有一左边界的MN、右边无界的匀强磁场。
磁感应强度B=0.01T;方向垂直纸面向里。
现有带正电的粒子连续不断地以速度,沿两板间的中线平行金属板射入电场中,磁场边界MN与中线垂直。
已知带电粒子的比荷,粒子所受的重力和粒子间的相互作用力均忽略不计。
(1)在每个粒子通过电场区域的时间内,可以把板间的电场强度看作是恒定的。
试说明这种处理能够成立的理由。
(2)设t=0.1S时刻射入电场的带电粒子恰能从平行金属板边缘射出,求该带电粒子射出电场时的速度大小。
(3)对于所有经过电场射入磁场的带电粒子,设其射入磁场的入射点和从磁场射出的出射点间的距离为d,试判断d的大小是否随时间而变化?
若不变,证明你的结论;若变,求出d的变化范围。
(1)带电粒子在金属板间的运动时间①得,(或t时间内金属板间电压变化,变化很小)②…………2分故t时间内金属板间的电场可以认为是恒定的…………2分
(2)t=0.1s时刻偏转电压带电粒子沿两板间的中线射入电场恰从平行金属板边缘飞出电场,电场力做功③…………2分由动能定理:
④…………2分代入数据可得V=1.414×103m/s⑤…………2分(3)设某一任意时刻射出电场的粒子速度为v,速度方向与水平方向的夹角为,则⑥…………2分粒子在磁场中有⑦…………2分可得粒子进入磁场后,在磁场中做圆周运动的半径由几何关系⑧…………2分可得:
d=20m,故d不随时间而变化。
…………2分7、(2010•天津市六校高三第三次联考)如图所示,两根间距为L的金属导轨MN和PQ,电阻不计,左端向上弯曲,其余水平,水平导轨左端有宽度为d、方向竖直向上的匀强磁场I,右端有另一磁场II,其宽度也为d,但方向竖直向下,磁场的磁感强度大小均为B。
有两根质量均为m的金属棒a和b与导轨垂直放置,a和b在两导轨间的电阻均为R,b棒置于磁场II中点C、D处,导轨除C、D两处(对应的距离极短)外其余均光滑,两处对棒可产生总的最大静摩擦力为棒重力的K倍,a棒从弯曲导轨某处由静止释放。
当只有一根棒作切割磁感线运动时,它速度的减小量与它在磁场中通过的距离成正比,即∝。
试求:
(1)若b棒保持静止不动,则a棒释放的最大高度h0。
(2)若将a棒从高度小于h0的某处释放,使其以速度v0进入磁场I,结果a棒以的速度从磁场I中穿出,求在a棒穿过磁场I过程中通过b棒的电量q和两棒即将相碰时b棒上的电功率Pb。
(3)若将a棒从高度大于h0的某处释放,使其以速度v1进入磁场I,经过时间t1后a棒从磁场I穿出时的速度大小为,求此时b棒的速度大小,在如图坐标中大致画出t1时间内两棒的速度大小随时间的变化图像。
解:
(1)a棒从h0高处释放后在弯曲导轨上滑动时机械守恒,有………………2分a棒刚进入磁场I时…………1分此时感应电流大小…………2分此时b棒受到的安培力大小…………1分依题意,有F=Kmg…………2分求得………………1分
(2)由于a棒从小于进入h0释放,因此b棒在两棒相碰前将保持静止。
流过电阻R的电量又………………2分所以在a棒穿过磁场I的过程中,通过电阻R的电量………………2分将要相碰时a棒的速度…………2分此时电流………………1分此时b棒电功率………………1分(3)由于a棒从高度大于h0处释放,因此当a棒进入磁场I后,b棒开始向左运动。
由于每时每刻流过两棒的电流强度大小相等,两磁场的磁感强度大小相等,所以两棒在各自磁场中都做变加速运动,且每时每刻两棒的加速大小均相同,
所以当a棒在t1时间内速度改变时,b棒速度大小也相应改变了,即此时b棒速度大小为………………2分两棒的速度大小随时间的变化图像大致右图所示…………2分8、(2010•安徽省合肥市高三第一次教学质量检测)如图所示,匀强磁场的磁感应强度方向竖直向上,大小为B0,用电阻率为ρ、横截面积为S的导线做成的边长为的正方形线圈abcd水平放置,为过ad、bc两边中点的直线,线圈全部都位于磁场中。
现把线圈右半部分固定不动,而把线圈左半部分以为轴向上转动60°,如图中虚线所示。
(1)求转动过程中通过导线横截面的电量;
(2)若转动后磁感应强度随时间按B=B0+kt变化(k为常量),求出磁场对方框ab边的作用力大小随时间变化的关系式。
(1)线框在翻折过程中产生的平均感应电动势①1分在线框产生的平均感应电流②1分③1分翻折过程中通过导线某横截面积的电量④1分联立①②③④解得:
⑤1分
(2)若翻折后磁感应强度随时间按B=B0+kt变化,在线框中产生的感应电动势大小⑥1分在线框产生的感应电流⑦1分导线框ab边所受磁场力的大小为⑧1分联立⑥⑦⑧解得:
⑨1分2011届高三物理一轮复习全案:
第五章电磁感应单元复习(选修3-2)
【单元知识网络】【单元归纳整合】一、电磁感应中的“双杆问题”电磁感应中“双杆问题”是学科内部综合的问题,涉及到电磁感应、安培力、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律及能量守恒定律等。
要求学生综合上述知识,认识题目所给的物理情景,找出物理量之间的关系,因此是较难的一类问题,也是近几年高考考察的热点。
下面对“双杆”类问题进行分类例析1、“双杆”向相反方向做匀速运动:
当两杆分别向相反方向运动时,相当于两个电池正向串联。
2.“双杆”同向运动,但一杆加速另一杆减速当两杆分别沿相同方向运动时,相当于两个电池反向串联。
3.“双杆”中两杆都做同方向上的加速运动。
“双杆”中的一杆在外力作用下做加速运动,另一杆在安培力作用下做加速运动,最终两杆以同样加速度做匀加速直线运动。
4.“双杆”在不等宽导轨上同向运动。
“双杆”在不等宽导轨上同向运动时,两杆所受的安培力不等大反向,所以不能利用动量守恒定律解题。
【单元强化训练】1、直导线ab放在如图所示的水平导体框架上,构成一个闭合回路.长直导线cd和框架处在同一个平面内,且cd和ab平行,当cd中通有电流时,发现ab向左滑动.关于cd中的电流下列说法正确的是( )A.电流肯定在增大,不论电流是什么方向B.电流肯定在减小,不论电流是什么方向C.电流大小恒定,方向由c到dD.电流大小恒定,方向由d到c解析:
ab向左滑动,说明通过回路的磁通量在减小,通过回路的磁感应强度在减弱,通过cd的电流在减小,与电流方向无关.答案:
B2、如图所示,四根等长的铝管和铁块(其中C中铝管不闭合,其他两根铝管和铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内,分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放,忽略空气阻力,则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是( )A.tA>tB=tC=tDB.tC=tA=tB=tDC.tC>tA=tB=tDD.tC=tA>tB=tD解析:
A中闭合铝管不会被磁铁磁化,但当磁铁穿过铝管的过程中,铝管可看成很多圈水平放置的铝圈,据楞次定律知,铝圈将发生电磁感应现象,阻碍磁铁的相对运动;因C中铝管不闭合,所以磁铁穿过铝管的过程不发生电磁感应现象,磁铁做自由落体运动;铁块在B中铝管和D中铁管中均做自由落体运动,所以磁铁和铁块在管中运动时间满足tA>tC=tB=tD,A正确.答案:
A3、(2010•陕西省西安市统考)如图所示,Q是单匝金属线圈,MN是一个螺线管,它的绕线方法没有画出,Q的输出端a、b和MN的输入端c、d之间用导线相连,P是在MN的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈.若在Q所处的空间加上与环面垂直的变化磁场,发现在t1至t2时间段内弹簧线圈处于收缩状态,则所加磁场的磁感应强度的变化情况可能是( )解析:
在t1至t2时间段内弹簧线圈处于收缩状态,说明此段时间内穿过线圈的磁通量变大,即穿过线圈的磁场的磁感应强度变大,则螺线管中电流变大,单匝金属线圈Q产生的感应电动势变大,所加磁场的磁感应强度的变化率变大,即B―t图线的斜率变大,选项D正确.答案:
D4、如图9-2-16中半径为r的金属圆盘在垂直于盘面的匀强磁场B中,绕O轴以角速度ω沿逆时针方向匀速转动,则通过电阻R的电流的大小和方向是(金属圆盘的电阻不计)( )A.由c到d,I=Br2ω/RB.由d到c,I=Br2ω/RC.由c到d,I=Br2ω/(2R)D.由d到c,I=Br2ω/(2R)解析:
金属圆盘在匀强磁场中匀速转动,可以等效为无数根长为r的导体棒绕O点做匀速圆周运动,其产生的感应电动势大小为E=Br2ω/2,由右手定则可知其方向由外指向圆心,故通过电阻R的电流I=Br2ω/(2R),方向由d到c,故选D项.答案:
D5、(2010•山东省烟台市一模)如图甲所示,P、Q为水平面内平行放置的金属长直导轨,间距为d,处在大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中.一根质量为m、电阻为r的导体棒ef垂直于P、Q放在导轨上,导体棒ef与P、Q导轨之间的动摩擦因数为μ.质量为M的正方形金属框abcd,边长为L,每边电阻均为r,用细线悬挂在竖直平面内,ab边水平,线框的a、b两点通过细导线与导轨相连,金属框上半部分处在大小为B、方向垂直框面向里的匀强磁场中,下半部分处在大小也为B,方向垂直框面向外的匀强磁场中,不计其余电阻和细导线对a、b点的作用力.现用一电动机以恒定功率沿导轨方向水平牵引导体棒ef向左运动,从导体棒开始运动计时,悬挂线框的细线拉力T随时间的变化如图乙所示,求:
(1)t0时间以后通过ab边的电流
(2)t0时间以后导体棒ef运动的速度(3)电动机的牵引力功率P解:
(1)以金属框为研究对象,从t0时刻开始拉力恒定,故电路中电流恒定,设ab边中电流为I1,cd边中电流为I2由受力平衡:
………(2分)由图象知……………………………(1分),I1=3I2……………………(1分)由以上各式解得:
………………(2分)
(2)设总电流为I,由闭合路欧姆定律得:
…………………………………(2分)………………………………………(1分)………………………………………(1分)I=I1+I2=I1=…………………………(2分)解得:
…………………………(2分)(3)由电动机的牵引功率恒定P=F•v对导体棒:
……………(2分)解得:
……(2分)6、(2010•山东省东营市一模)如图甲所示,两平行金属板的板长不超过0.2m,板间的电压u随时间t变化的图线如图乙所示,在金属板右侧有一左边界的MN、右边无界的匀强磁场。
磁感应强度B=0.01T;方向垂直纸面向里。
现有带正电的粒子连续不断地以速度,沿两板间的中线平行金属板射入电场中,磁场边界MN与中线垂直。
已知带电粒子的比荷,粒子所受的重力和粒子间的相互作用力均忽略不计。
(1)在每个粒子通过电场区域的时间内,可以把板间的电场强度看作是恒定的。
试说明这种处理能够成立的理由。
(2)设t=0.1S时刻射入电场的带电粒子恰能从平行金属板边缘射出,求该带电粒子射出电场时的速度大小。
(3)对于所有经过电场射入磁场的带电粒子,设其射入磁场的入射点和从磁场射出的出射点间的距离为d,试判断d的大小是否随时间而变化?
若不变,证明你的结论;若变,求出d的变化范围。
(1)带电粒子在金属板间的运动时间①得,(或t时间内金属板间电压变化,变化很小)②…………2分故t时间内金属板间的电场可以认为是恒定的…………2分
(2)t=0.1s时刻偏转电压带电粒子沿两板间的中线射入电场恰从平行金属板边缘飞出电场,电场力做功③…………2分由动能定理:
④…………2分代入数据可得V=1.414×103m/s⑤…………2分(3)设某一任意时刻射出电场的粒子速度为v,速度方向与水平方向的夹角为,则⑥…………2分粒子在磁场中有⑦…………2分可得粒子进入磁场后,在磁场中做圆周运动的半径由几何关系⑧…………2分可得:
d=20m,故d不随时间而变化。
…………2分7、(2010•天津市六校高三第三次联考)如图所示,两根间距为L的金属导轨MN和PQ,电阻不计,左端向上弯曲,其余水平,水平导轨左端有宽度为d、方向竖直向上的匀强磁场I,右端有另一磁场II,其宽度也为d,但方向竖直向下,磁场的磁感强度大小均为B。
有两根质量均为m的金属棒a和b与导轨垂直放置,a和b在两导轨间的电阻均为R,b棒置于磁场II中点C、D处,导轨除C、D两处(对应的距离极短)外其余均光滑,两处对棒可产生总的最大静摩擦力为棒重力的K倍,a棒从弯曲导轨某处由静止释放。
当只有一根棒作切割磁感线运动时,它速度的减小量与它在磁场中通过的距离成正比,即∝。
试求:
(1)若b棒保持静止不动,则a棒释放的最大高度h0。
(2)若将a棒从高度小于h0的某处释放,使其以速度v0进入磁场I,结果a棒以的速度从磁场I中穿出,求在a棒穿过磁场I过程中通过b棒的电量q和两棒即将相碰时b棒上的电功率Pb。
(3)若将a棒从高度大于h0的某处释放,使其以速度v1进入磁场I,经过时间t1后a棒从磁场I穿出时的速度大小为,求此时b棒的速度大小,在如图坐标中大致画出t1时间内两棒的速度大小随时间的变化图像。
解:
(1)a棒从h0高处释放后在弯曲导轨上滑动时机械守恒,有………………2分a棒刚进入磁场I时…………1分此时感应电流大小…………2分此时b棒受到的安培力大小…………1分依题意,有F=Kmg…………2分求得………………1分
(2)由于a棒从小于进入h0释放,因此b棒在两棒相碰前将保持静止。
流过电阻R的电量又………………2分所以在a棒穿过磁场I的过程中,通过电阻R的电量………………2分将要相碰时a棒的速度…………2分此时电流………………1分此时b棒电功率………………1分(3)由于a棒从高度大于h0处释放,因此当a棒进入磁场I后,b棒开始向左运动。
由于每时每刻流过两棒的电流强度大小相等,两磁场的磁感强度大小相等,所以两棒在各自磁场中都做变加速运动,且每时每刻两棒的加速大小均相同,
所以当a棒在t1时间内速度改变时,b棒速度大小也相应改变了,即此时b棒速度大小为………………2分两棒的速度大小随时间的变化图像大致右图所示…………2分8、(2010•安徽省合肥市高三第一次教学质量检测)如图所示,匀强磁场的磁感应强度方向竖直向上,大小为B0,用电阻率为ρ、横截面积为S的导线做成的边长为的正方形线圈abcd水平放置,为过ad、bc两边中点的直线,线圈全部都位于磁场中。
现把线圈右半部分固定不动,而把线圈左半部分以为轴向上转动60°,如图中虚线所示。
(1)求转动过程中通过导线横截面的电量;
(2)若转动后磁感应强度随时间按B=B0+kt变化(k为常量),求出磁场对方框ab边的作用力大小随时间变化的关系式。
(1)线框在翻折过程中产生的平均感应电动势①1分在线框产生的平均感应电流②1分③1分翻折过程中通过导线某横截面积的电量④1分联立①②③④解得:
⑤1分
(2)若翻折后磁感应强度随时间按B=B0+kt变化,在线框中产生的感应电动势大小⑥1分在线框产生的感应电流⑦1分导线框ab边所受磁场力的大小为⑧1分联立⑥⑦⑧解得:
⑨1分
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