高考物理二轮复习解题策略解答题专攻电磁感应解答题含新题详解Word版含解析高考 13页

电磁感应解答题 电磁感应综合问题在近几年的高考命题中多次出现，总体分析有以下四种题型，只要掌握每种题型的特点和解题技巧，解决电磁感应综合题时就能获得理想的结果。‎ 电磁感应与力学的综合问题 电磁感应与力学综合的问题，是历年高考的主干和重点。解决电磁感应中的力学问题，不仅要应用电磁学中的有关规律，如楞次定律、法拉第电磁感应定律、左手定则、右手定则、安培力的计算公式等，还要应用力学中的有关规律，如牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律等。这类问题涉及力电的综合应用，仍是以牛顿运动定律为核心，研究运动和力的关系，对考生的分析综合能力和推理判断能力有较高的要求。‎ ‎[例1]　如图1所示，间距l＝‎0.3 m的平行金属导轨a1b‎1c1和a2b‎2c2分别固定在两个竖直面内，在水平面a1b1b‎2a2区域内和倾角θ＝37°的斜面c1b1b‎2c2区域内分别有磁感应强度B1＝0.4 T、方向竖直向上和B2＝1 T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场。电阻R＝0.3 Ω、质量m1＝‎0.1 kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上，S杆的两端固定在b1、b2点，K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好。一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量m2＝‎0.05 kg的小环。已知小环以a＝‎6 m/s2的加速度沿绳下滑，K杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动。不计导轨电阻和滑轮摩擦，绳不可伸长。取g＝‎10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。求：‎ 图1‎ ‎(1)小环所受摩擦力的大小。‎ ‎(2)Q杆所受拉力的瞬时功率。‎ ‎[解析]　(1)设小环受到的摩擦力大小为Ff，由牛顿第二定律，有 m‎2g－Ff＝m‎2a 代入数据，得Ff＝0.2 N ‎(2)设通过K杆的电流为I1，K杆受力平衡，有 Ff＝B1I‎1l 设回路总电流为I，总电阻为R总，有I＝2I1‎ R总＝R 设Q杆下滑速度大小为v，产生的感应电动势为E，‎ 有I＝ E＝B2lv F＋m1gsin θ＝B2Il 拉力的瞬时功率为P＝Fv 联立以上方程，代入数据得P＝2 W。‎ ‎[答案]　(1)0.2 N　(2)2 W ‎[例2]　如图2所示，水平的平行虚线间距为d，其间有磁感应强度为B的匀强磁场。一个长方形线圈的边长分别为L1、L2，且L2时 R＝[2b＋2(x－b)＋2b]r＝(2b＋at2)r I2＝＝ F2＝ma＋ 答案：(1)　(2)　(3)见解析 ‎3．(2013·广东省韶关市一模)如图3所示，足够长的金属导轨MN、PQ平行放置，间距为L，与水平面成θ角，导轨与定值电阻R1和R2相连，且R1＝R2＝R，R1支路串联开关S，原来S闭合。匀强磁场垂直导轨平面向上，有一质量为m、有效电阻也为R的导体棒ab与导轨垂直放置，它与导轨的接触粗糙且始终接触良好，现让导体棒ab从静止开始释放，沿导轨下滑，当导体棒运动达到稳定状态时速率为v，此时整个电路消耗的电功率为重力功率的。已知重力加速度为g，导轨电阻不计，求： 图3‎ ‎(1)匀强磁场的磁感应强度B的大小和达到稳定状态后导体棒ab中的电流强度I；‎ ‎(2)如果导体棒ab从静止释放沿导轨下滑x距离后运动达到稳定状态，在这一过程中回路中产生的电热；‎ ‎(3)导体棒ab达到稳定状态后，断开开关S，从这时开始导体棒ab下滑一段距离后，通过导体棒ab横截面的电量为q，这段距离是多少。‎ 解析：(1)回路中的总电阻为：R总＝R 当导体棒ab以速度v匀速下滑时棒中的感应电动势为：E＝BLv 此时棒中的感应电流为：I＝ 此时回路的总电功率为：P电＝I2R总 此时重力的功率为：P重＝mgvsin θ 据题给条件有：P电＝P重 解得：I＝，B＝ ‎(2)设导体棒ab与导轨间的滑动摩擦力大小为f，根据能的转化和守恒定律可知：‎ mgvsin θ＝fv 解得：f＝mgsin θ 导体棒ab减少的重力势能等于增加的动能、回路中产生的焦耳热以及克服摩擦力做功的和：‎ mgsin θ·x＝mv2＋Q＋fx 解得：Q＝mgsin θ·x－mv2‎ ‎(3)S断开后，回路中的总电阻为：R′总＝2R 设这一过程经历的时间为Δt，这一过程回路中的平均感应电动势为，通过导体棒ab的平均感应电流为，导体棒ab下滑的距离为s，则：‎ ＝＝ ＝＝ 得：q＝Δt＝ 解得：s＝ 答案：见解析 ‎4．磁悬浮铁路系统是一种新型的交通运输系统，它是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上。同时利用电磁力进行驱动。采用直线电机模式获得驱动力的列车可简化为如下情境：固定在列车下端的矩形金属框随车平移；轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度沿Ox方向按正弦规律分布，最大值为B0，其空间变化周期为2d，整个磁场以速度v1沿Ox方向向前高速平移，由于列车沿Ox方向匀速行驶速度v2与磁场平移速度不同，而且v1>v2，列车相对磁场以v1－v2的速度向后移动切割磁感线，金属框中会产生感应电流，该电流受到向前的安培力即为列车向前行驶的驱动力。如图4所示，设金属框电阻为R，长PQ＝L，宽NP＝d，求：‎ 图4‎ ‎(1)如图为列车匀速行驶时的某一时刻，MN、PQ均处于磁感应强度最大值处，此时金属框内感应电流的大小和方向。‎ ‎(2)列车匀速行驶s距离的过程中，矩形金属线框产生的焦耳热。‎ 解析：(1)磁场沿Ox方向运动，v1>v2，等效金属框相对磁场向x轴负方向运动。由于此时刻MN、PQ边所在处的磁感应强度大小均为B0且方向相反。‎ 金属框产生的感应电动势E＝2B‎0L(v1－v2)‎ 感应电流I＝ 故I＝，电流的方向根据右手定则可知为N→M→Q→P→N。‎ ‎(2)设经过时间t，金属框MN、PQ所在处磁感应强度大小均为B，则B＝B0cos ωt ω＝，又T＝ 得：ω＝ i＝＝2(v1－v2)cos ωt 得到电流瞬时值的表达式为 i＝2(v1－v2)cos t 其最大值为Im＝ 交流电有效值为I＝ 经历的时间为t＝ 矩形金属线框的发热功率为Q＝I2Rt 得Q＝。‎ 答案：(1)　方向为N→M→Q→P→N　(2)