素材-全国-2008_高中物理电磁感应规律的综合应用.rar

7电磁感应规律的综合应用【基础知识归纳】与本章知识有关的综合题主要表现在以下几方面：1．电磁感应问题与电路问题的综合．电磁感应提供电路中的电源，解决这类电磁感应中的电路问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律如右手定则、法拉第电磁感应定律等；另一方面还要考虑电路中的有关规律，如欧姆定律、串并联电路的性质等，有时可能还会用到力学的知识．2．电磁感应中切割磁感线的导体要运动，感应电流又要受到安培力的作用，因此，电磁感应问题又往往和力学问题联系在一起，解决电磁感应中的力学问题，一方面要考虑电磁学中的有关规律；另一方面还要考虑力学中的有关规律，要将电磁学和力学的知识综合起来应用．【方法解析】1．电磁感应中的电路分析．在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，则该导体或回路就相当于电源．将它们接上电容器可以使电容器充电；将它们接上电阻或用电器可以对用电器供电．在回路中形成电流．2．电磁感应中的动力学分析和能量分析切割磁感线的导体作为一个电磁学研究对象有感应电动势、感应电流、两端电压、电流做功、电阻发热等问题；作为一个力学对象有受力、加速度、动能、能量及其变化等问题；所以电磁感应和力学知识发生联系是必然的．由于这类问题中物理过程比较复杂，状态变化过程中变量比较多，关键是能抓住状态变化过程中变量“变”的特点和规律，从而确定状态变化过程中的临界点，求解时注意从动量、能量的观点出发，运用相应的规律进行分析和解答．【典型例题精讲】［例1］如图所示，光滑导轨倾斜放置，其下端连接一个灯泡，匀强磁场垂直于导轨所在平面，当ab棒下滑到稳定状态时，小灯泡获得的功率为P0，除灯泡外，其他电阻不计，要使稳定状态灯泡的功率变为2P0，下列措施正确的是A．换一个电阻为原来一半的灯泡B．把磁感应强度B增为原来的2倍C．换一根质量为原来的倍的金属棒D．把导轨间的距离增大为原来的倍【解析】解答这类问题的基本思路是：先求出灯泡功率P与其他量的关系式，然后再讨论各选项是否正确．金属棒在导轨上下滑的过程中，受重力mg、支持力FN和安培力F＝IlB三个力的作用．其中安培力F是磁场对棒ab切割磁感线所产生的感应电流的作用力，它的大小与棒的速度有关．当导体棒下滑到稳定状态时（匀速运动）所受合外力为零，则有mgsinθ＝IlB．此过程小灯泡获得稳定的功率P＝I2R．由上两式可得P＝m2g2Rsin2θ／B2l2．要使灯泡的功率由P0变为2P0，根据上式讨论可得，题目所给的四个选项只有C是正确的．【思考】（1）试分析在棒下滑的整个过程中，不同形式的能量是如何转化的?（2）此题的答案与磁场的方向是否有关?【思考提示】（1）棒加速下滑时，它减小的重力势能一部分转化为电能，电能又转化为内能，另一部分转化为棒的动能．棒匀速下滑时，减小的重力势能全部转化为电能，电能又转化为内能．（2）答案与磁场方向无关（只要导线下滑时切割磁感线即可）．【设计意图】通过本例说明电磁感应过程中能量的转化关系，并说明利用能量转化观点分析电磁感应过程的方法．［例2］如图所示，两根相距d＝0.20m的平行金属长导轨，固定在同一水平面内，并处于竖直方向的匀强磁场中，磁场的感应强度B＝0.20T．导轨上面横放着两根金属细杆，构成矩形回路，每根金属细杆的电阻r＝0.25Ω，回路中其余部分的电阻可不计．已知两金属细杆在平行于导轨的拉力作用下，沿导轨朝相反方向匀速平移，速度大小都是v＝5.0m/s．不计导轨上的摩擦．（1）求作用于每根金属细杆的拉力的大小；（2）求两金属杆在间距增加ΔL＝0.40m的滑动过程中共产生的热量．【解析】设匀强磁场方向竖直向上．在两金属杆匀速平移的过程中，等效电路如图所示，即两杆可以等效为两个串联的同样的电源（E0）．根据能量转化和守恒定律，当杆匀速运动时，两拉力（F）的机械总功率等于闭合电路的热功率，即P＝2Fv＝所以，每根金属杆受到的拉力大小为F＝＝3.2×10－2N在两金属杆增加距离ΔL的过程中，产生的热量就等于两拉力所做的功，即Ｑ＝2FΔL／2＝FΔL＝1.28×10－2J【设计意图】通过本例说明电磁感应规律与电路知识和力学知识综合问题的分析方法．［例3］一个质量m＝0.1kg的正方形金属框总电阻R＝0.5Ω，金属框放在表面是绝缘且光滑的斜面顶端，自静止开始沿斜面下滑，下滑过程中穿过一段边界与斜面底边BB’平行、宽度为d的匀强磁场后滑至斜面底端BB’，设金属框在下滑时即时速度为v，与此对应的位移为S，那么v2－S图象如图2所示，已知匀强磁场方向垂直斜面向上。试问：（1）分析v2－S图象所提供的信息，计算出斜面倾角和匀强磁场宽度d。（2）匀强磁场的磁感强度多大？金属框从斜面顶端滑至底端所需的时间为多少？（3）现用平行斜面沿