试题-全国-2009_高中物理电磁感应的综合问题经纬透析专题辅导.rar

用心爱心专心高中物理电磁感应的综合问题经纬透析感应电动势是高中物理知识最重要的一个窗口，通过感应电动势，能把电磁感应问题与电学、力学问题及场和路的问题链接在一起，下面我们就来共同探讨电磁感应的综合问题。小小：老师，感应电动势是高中物理最重要的知识之一，与之相链接的知识点多，试题形式多样，具有明显的“综合”特征，这些综合问题是怎样链接在一起的呢?老师：电磁感应中产生了感应电动势E，如果形成闭合电路，就可与电路问题链接在一起，如果有感应电流通过导体，导体受到安培力的作用，可通过受力分析与力学问题、能量问题综合在一起。通过链接，感应电动势能把场与路的问题及电学、力学问题综合起来，能把高中物理中的几个重要定则、定律：左手定则、右手定则、安培定则、牛顿运动定律、运动学知识、能的转化与守恒规律都链接在一起，形成一个立体的知识网络。小小：在解决这些综合问题时，我们应该怎样找到解题的突破口呢?老师：首先，要运用法拉第电磁感应定律，求解出电路中的感应电动势，分清内、外电路，然后通过电路分析与受力分析，运用相关的物理规律进行解题，可用如下导图表示：其次，要具备“三种思想”：一是等效电路的思想，即考虑电磁学中的有关规律，如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律，将产生感应电动势的那部分电路等效为电源，画出等效电路，分析内外电路结构，应用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质和部分电路欧姆定律理顺各电学量之间的关系，当涉及到电量的求解时，注意一个普遍适用的计算式：感应电流通过电路的电荷量。二是动力学思想：将通电导体的受力情况及运动情况进行动态分析，应用牛顿定律、动能定理等规律理顺各力学量之间的关系，关键是加速度、速度相互影响、变化的关系。三是能量守恒的思想：电磁感应过程往往涉及多种能量形式的转化，因此从功和能的观点入手，分析清楚电磁感应过程中能量转化的关系，遵循在全过程中系统机械能、电能、内能之间相互转化和守恒的规律，则问题总能迎刃而解。例．如图1所示，倾角θ=37°、电阻不计、间距L=0.30m、长度足够长的平行导轨处，加有磁感应强度为B=1T，方向垂直于导轨平面（图中未画出）的匀强磁场，导轨两端各接一个阻值R0=2Ω的电阻，另一横跨在平行导轨间的金属棒质量m=1kg，电阻r=2Ω，其与导轨间的动摩擦因数μ=0.5，金属棒以平行于导轨向上的初速度v0=10m/s上滑，直至上升到最高点的过程中，通过上端电阻的电荷量△q=0.1C（g=10m／s2，sin37°=0.6），求：（1）金属棒的最大加速度；（2）上端电阻R0上产生的热量。解析：由题意可知导体棒在磁场中因切割磁感线而产生感应电动势，所以闭合回路中有感应电流；磁场反过来对通电导体棒又有安培力的作用，根据楞次定律得安培力的方向必与导体棒的运动方向相反，在这里安培力总要阻碍导体棒的运动，所以速度将越来越小，速度减小，导体棒切割磁感线产生的感应电动势也将随之减小，导体棒的电流强度也减小，磁场对导体棒的安培力减小，故导体棒所受的合外力减小。由以上分析可知，导体棒刚开始运动的时候加速度最大。（1）导体棒运动产生感应电动势，电路等效如图2所示，刚开始运动时产生的感应电动势：E=BLv0=3V整个回路的总电阻：导体棒的电流为：导体棒所受的安培力：导体棒所受的合力：得：（2）由于速度越来越小，所以安培力是一个变力，变力做功无法用W=Fl来求解，一般我们采用动能定理来求解。首先从题目的已知条件通过上端电阻的电荷量△q=0.1C可以求得导体棒向上移动的位移，从而再根据功能关系求得整个回路产生的总热量Q总。根据电荷量求得整个过程中的磁通量的变化，由可得：设导体棒向上移动的最大距离为l，则由于导体棒克服安培力所做的功全部转化为热能，由动能定理得：代入得：Q总=30J总电阻（两个R0并联再和导体棒的电阻r串联）上产生的总热量为30J，根据纯电阻电路产生的热量：Q=I2Rt，把两个外接电阻等效成一个的电阻，则它和金属棒串联，而两个外接电阻上消耗的热量相同。即：点评：解决本题的时候应注意：利用求解△Φ，再通过△Φ求解导体棒在斜面上移动的位移。式中的q是指通过导体棒的总电荷量，而R是指回路的总电阻。在解题的过程中我们还借助了稳恒电路中的一些知识及利用功能的相互转化关系求解问题。