（山西專版）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第三篇 計(jì)算題 熱點(diǎn)20 電磁學(xué)綜合題（二）電磁感應(yīng)中三大觀點(diǎn)的應(yīng)用精練（含解析）

《（山西專版）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第三篇 計(jì)算題 熱點(diǎn)20 電磁學(xué)綜合題（二）電磁感應(yīng)中三大觀點(diǎn)的應(yīng)用精練（含解析）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（山西專版）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第三篇 計(jì)算題 熱點(diǎn)20 電磁學(xué)綜合題（二）電磁感應(yīng)中三大觀點(diǎn)的應(yīng)用精練（含解析）（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、熱點(diǎn)20　電磁學(xué)綜合題(二)電磁感應(yīng)中三大觀點(diǎn)的應(yīng)用 熱考題型 題型一　電磁感應(yīng)中動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)的應(yīng)用 　　近幾年課標(biāo)卷計(jì)算題中對(duì)電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用問(wèn)題考查頻繁,從命題形式上看,多以“桿+導(dǎo)軌”模型或者線圈切割磁感線模型為載體,重點(diǎn)考查電磁感應(yīng)與電路、圖象、動(dòng)力學(xué)和能量轉(zhuǎn)化等知識(shí)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用的問(wèn)題。 1.如圖所示,間距l(xiāng)=0.3m的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個(gè)豎直面內(nèi)。在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角θ=37°的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.4T、方向豎直向上和B2=1T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。電阻R=0.3Ω、質(zhì)量m1=0.1kg

2、、長(zhǎng)為l的相同導(dǎo)體桿K、S、Q分別放置在導(dǎo)軌上,S桿的兩端固定在b1、b2點(diǎn),K、Q桿可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好。一端系于K桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過(guò)光滑輕質(zhì)定滑輪自然下垂,繩上穿有質(zhì)量m2=0.05kg的小環(huán)。已知小環(huán)以a=6m/s2的加速度沿繩下滑,K桿保持靜止,Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運(yùn)動(dòng)。不計(jì)導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦,繩不可伸長(zhǎng)。取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求 (1)小環(huán)所受摩擦力的大小; (2)Q桿所受拉力的瞬時(shí)功率。 答案　(1)0.2N　(2)2W 解析　(1)以小環(huán)為研究對(duì)象,由牛頓第二定律得 m2g-Ff=

3、m2a 代入數(shù)據(jù)得Ff=0.2N (2)設(shè)流過(guò)桿K的電流為I,由平衡條件得 IlB1=FT=Ff 對(duì)桿Q,根據(jù)并聯(lián)電路特點(diǎn)以及平衡條件得 2IlB2=F+m1gsinθ 由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=B2lv 根據(jù)歐姆定律有I=ER總 且R總=R2+R 瞬時(shí)功率表達(dá)式為P=Fv 聯(lián)立以上各式得P=2W 題型二　電磁感應(yīng)中的運(yùn)動(dòng)綜合問(wèn)題 　　電磁感應(yīng)的綜合問(wèn)題,涉及力學(xué)知識(shí)(如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功、動(dòng)能定理和能量守恒定律等)、電學(xué)知識(shí)(如法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、直流電路、磁場(chǎng)等)多個(gè)知識(shí)點(diǎn),是歷年高考的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn),考查的知識(shí)主要包括感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的計(jì)算(法拉第電磁感應(yīng)

4、定律)和方向的判定(楞次定律和右手定則),常將電磁感應(yīng)與電路規(guī)律、力學(xué)規(guī)律、磁場(chǎng)規(guī)律、功能關(guān)系、數(shù)學(xué)函數(shù)與圖象等綜合考查,難度一般較大。 　　解答電磁感應(yīng)與力和能量的綜合問(wèn)題,要明確三大綜合問(wèn)題,即變速運(yùn)動(dòng)與平衡、通過(guò)導(dǎo)體截面的電荷量及系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化,解決這些問(wèn)題獲取高分需掌握受力分析、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)規(guī)律、功能關(guān)系等知識(shí)。 　　(1)利用牛頓第二定律的瞬時(shí)性分析金屬棒(線框)的受力情況和運(yùn)動(dòng)性質(zhì),明確金屬棒(線框)的加速度與力瞬時(shí)對(duì)應(yīng),速度的變化引起安培力的變化反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致加速度變化。 　　(2)功能關(guān)系在電磁感應(yīng)中的應(yīng)用是最常見(jiàn)的,金屬棒(線框)所受各力做功情況的判定及能量狀

5、態(tài)的判定是獲取高分的關(guān)鍵,特別是安培力做功情況的判定。 2.如圖所示,足夠長(zhǎng)的粗糙斜面與水平面成θ=37°角放置,在斜面上虛線aa'和bb'與斜面底邊平行,且間距為d=0.1m,在aa'、bb'圍成的區(qū)域內(nèi)有垂直斜面向上的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=1T;現(xiàn)有一質(zhì)量為m=10g、總電阻為R=1Ω、邊長(zhǎng)也為d=0.1m的正方形金屬線圈MNPQ,其初始位置PQ邊與aa'重合,現(xiàn)讓金屬線圈以一定初速度沿斜面向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)金屬線圈從最高點(diǎn)返回到磁場(chǎng)區(qū)域時(shí),線圈剛好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。已知線圈與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.5,不計(jì)其他阻力,求:(取 sin37°=0.6,cos37°=0.8) (1

6、)線圈向下返回到磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的速度; (2)線圈向上離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)的動(dòng)能; (3)線圈向下通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中,線圈中產(chǎn)生的焦耳熱。 答案　(1)2m/s　(2)0.1J　(3)0.004J 解析　(1)金屬線圈向下進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),有 mgsinθ=μmgcosθ+F安 其中F安=BId,I=ER,E=Bdv 解得v=2m/s (2)設(shè)最高點(diǎn)離bb'的距離為x,則 v2=2ax,mgsinθ-mgμcosθ=ma 根據(jù)動(dòng)能定理有 Ek1-Ek=mgμcosθ·2x,其中Ek=12mv2 解得Ek1=0.1J (3)向下勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域過(guò)程中,有 mgsinθ·2d-μmgc

7、osθ·2d+W安=0 Q=-W安 解得Q=0.004J 跟蹤集訓(xùn) 1.間距為L(zhǎng)=2m的足夠長(zhǎng)的金屬直角導(dǎo)軌如圖甲所示放置,它們各有一邊在同一水平面內(nèi),另一邊垂直于水平面。質(zhì)量均為m=0.1kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直放置形成閉合回路。桿與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.5,導(dǎo)軌的電阻不計(jì),細(xì)桿ab、cd的電阻分別為R1=0.6Ω,R2=0.4Ω。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.50T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(圖中未畫(huà)出)。當(dāng)ab在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),cd桿也同時(shí)從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)。測(cè)得拉力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示。g=10m/

8、s2。 (1)求ab桿的加速度a。 (2)求當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時(shí)ab桿的速度大小。 (3)若從開(kāi)始到cd桿達(dá)到最大速度的過(guò)程中拉力F做了5.2J的功,通過(guò)cd桿橫截面的電荷量為0.2C,求該過(guò)程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱。 答案　見(jiàn)解析 解析　(1)由題圖乙可知,在t=0時(shí),F=1.5N 對(duì)ab桿進(jìn)行受力分析,由牛頓第二定律得 F-μmg=ma 代入數(shù)據(jù)解得a=10m/s2 (2)從d向c看,對(duì)cd桿進(jìn)行受力分析如圖所示 當(dāng)cd速度最大時(shí),有 Ff=mg=μFN,FN=F安,F安=BIL,I=BLvR1+R2 綜合以上各式,解得v=2m/s (3)整個(gè)過(guò)程中,a

9、b桿發(fā)生的位移x=q(R1+R2)BL=0.2m 對(duì)ab桿應(yīng)用動(dòng)能定理,有WF-μmgx-W安=12mv2 代入數(shù)據(jù)解得W安=4.9J,根據(jù)功能關(guān)系有Q總=W安 所以ab桿上產(chǎn)生的熱量Qab=R1R1+R2Q總=2.94J 2.如圖甲所示,一對(duì)足夠長(zhǎng)的平行粗糙導(dǎo)軌固定在水平面上,兩導(dǎo)軌間距l(xiāng)=1m,左端用R=3Ω的電阻連接,導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)。一根質(zhì)量m=0.5kg、電阻r=1Ω的導(dǎo)體桿靜止置于兩導(dǎo)軌上,并與兩導(dǎo)軌垂直。整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于導(dǎo)軌平面向上?，F(xiàn)用水平向右的拉力F拉導(dǎo)體桿,拉力F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示,導(dǎo)體桿恰好做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在0

10、~2s內(nèi)拉力F所做的功為W=683J,重力加速度g取10m/s2。求: (1)導(dǎo)體桿與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ; (2)在0~2s內(nèi)通過(guò)電阻R的電荷量q; (3)在0~2s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q。 答案　(1)0.4　(2)2C　(3)8J 解析　(1)設(shè)導(dǎo)體桿的加速度為a,則t時(shí)刻導(dǎo)體桿的速度v=at 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Blv 電路中的感應(yīng)電流為I=BlvR+r 導(dǎo)體桿上所受的安培力為F安=BIl=B2l2vR+r=B2l2atR+r 由牛頓第二定律可知F-μmg-B2l2atR+r=ma 即F=ma+μmg+B2l2atR+r 代入數(shù)據(jù)得F=12a+5μ+at(N) 由圖像可知F=3+2t(N) 由于導(dǎo)體桿做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度a為常數(shù),比較兩式可得 a=2m/s2,μ=0.4 (2)0~2s時(shí)間內(nèi),導(dǎo)體桿的位移為x=12at12=4m 在0~2s內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=ΔΦΔt=Blxt1 平均感應(yīng)電流為I=Blxt1(R+r) 通過(guò)的電荷量q=It1=BlxR+r 代入數(shù)據(jù)得q=2C (3)2s末,導(dǎo)體桿的速度v=at1=4m/s。 設(shè)在力F的作用過(guò)程中,電路中產(chǎn)生的總熱量為Q'。由動(dòng)能定理可知 WF-μmgx-Q'=12mv2 代入數(shù)據(jù)可得Q'=323J 由串聯(lián)電路的知識(shí)可知Q=34Q'=8J。 7