2019年高中物理 第一章 電磁感應章末知識整合 粵教版選修3-2.doc

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2019年高中物理 第一章 電磁感應章末知識整合 粵教版選修3-2專題一電磁感應中的電路問題在電磁感應現(xiàn)象中，切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應電動勢若回路閉合，則產(chǎn)生感應電流，感應電流引起熱效應，所以電磁感應問題常常與電路知識綜合考查1解決與電路相聯(lián)系的電磁感應問題的基本方法(1)明確哪部分導體或電路產(chǎn)生感應電動勢，該導體或電路就是電源，其他部分是外電路(2)用法拉第電磁感應定律確定感應電動勢的大小，用楞次定律確定感應電流的方向(3)畫等效電路圖分清內(nèi)外電路，畫出等效電路圖是解決此類問題的關鍵(4)運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的特點、電功、電功率等公式求解2問題示例(1)圖甲中若磁場增強，可判斷感應電流方向為逆時針，則BA；若線圈內(nèi)阻為r，則UBA.(2)圖乙中，據(jù)右手定則判定電流流經(jīng)AB的方向為BA，則可判定AB，若導體棒的電阻為r，則UABR.3電磁感應中常見的兩種情形(1)導體切割磁感線時的電路分析固定在勻強磁場中的正方形導線框abcd，各邊長為L，其中ab是一段電阻為R0的均勻電阻絲，其余三邊均為電阻可忽略的銅線，磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度為B.現(xiàn)有一與ab段的材料、粗細、長度都相同的電阻絲PQ架在導線框上，以恒定速度v從ad滑向bc，如圖所示當PQ滑過的距離時，PQ兩端的電勢差是_，通過aP段電阻絲的電流強度是_，方向向_ (填“左”或“右”)解析：把PQ等效為電源，等效電路圖如右圖，產(chǎn)生感應電動勢的大小：EBLv；整個電路的總電阻：R總R0R0；則干路中的電流：I；PQ兩端的電勢差：UEIrEE.aP、bP的電阻之比為12，則電流比為21，通過aP的電流大小II.根據(jù)右手定則流過QP的電流方向由Q到P，所以流過aP段的電流方向向左答案：左(2)磁場發(fā)生變化時的電路分析如圖所示，匝數(shù)n100 匝，面積S0.2 m2、電阻r0.5 的圓形線圈MN處于垂直紙面向里的勻強磁場內(nèi)，磁感應強度隨時間按B0.60.02t(T)的規(guī)律變化處于磁場外的電阻R13.5 ，R26 ，電容C30 F，開關S開始時未閉合，求：(1)閉合S后，線圈兩端M、N兩點間的電壓UMN和電阻R2消耗的電功率；(2)閉合S一段時間后又打開S，則S斷開后通過R2的電荷量為多少？解析：(1)線圈中感應電動勢ENNS1000.020.2 V0.4 V通過電源的電流強度I A0.04 A線圈兩端M、N兩點間的電壓UMNEIr0.4 V0.040.5 V0.38 V電阻R2消耗的電功率P2I2R20.040.046 W9.6103 W.(2)閉合S一段時間后，電路穩(wěn)定，電容器C相當于開路，其兩端電壓UC等于R2兩端的電壓，即UCIR20.046 V0.24 V電容器充電后所帶電荷量為QCUC301060.24 C7.2106C當S再斷開后，電容器通過電阻R2放電，通過R2的電荷量為7.2106 C.答案：見解析專題二電磁感應中的力學問題1解決電磁感應中的力學問題的一般思路(1)用法拉第電磁感應定律和楞次定律求感應電動勢的大小和方向(2)求回路中的電流(3)分析研究導體的受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向)(4)根據(jù)牛頓第二定律或物體受力平衡列方程求解2受力情況、運動情況的動態(tài)分析導體受力運動產(chǎn)生感應電動勢感應電流通電導體受安培力作用合外力變化加速度變化速度變化感應電動勢變化周而復始地循環(huán)，最終結果是加速度等于0，導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)此類問題要畫好受力圖，抓住加速度a0時，速度v達到最值的特點如圖所示，水平放置的平行光滑軌道間距為L1 m左端連有定值電阻R2 ，金屬桿MN與軌道接觸良好，MN的電阻為r0.5 ，軌道電阻不計，整個裝置處于磁感應強度為B1 T的勻強磁場中，現(xiàn)在使MN在水平向右的恒力F2 N的作用下運動，則：(1)試判斷MN桿哪端電勢高(2)桿獲得的最大速度是多少？(3)MN兩點的最大電勢差是多大？解析：(1)由右手定則可判斷M端電勢高(2)由題意可知：當金屬桿MN受到的安培力F安F時，桿獲得的速度最大即：F安BILF代入數(shù)據(jù)得v5 m/s.(3)當桿MN獲得最大速度后，桿即做勻速運動，此時UMN電勢差最大此時由法拉第電磁感應定律可得EBLv5 V由歐姆定律可得：UMNR4 V答案：(1)M端電勢高(2)v5 m/s(3)4 V規(guī)律小結：解決電磁感應中電路問題的關鍵是把電磁感應問題等效為穩(wěn)恒直流電路問題：把產(chǎn)生感應電動勢那部分導體等效為電源，感應電動勢的大小相當于電源電動勢，其余部分相當于外電路畫出等效電路圖依據(jù)電路知識分析求解如圖所示，兩根足夠長的直金屬導軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導軌間距為L，M、P兩點間接有阻值為R的電阻一根質(zhì)量為 m 的均勻直金屬桿ab放在兩導軌上，并與導軌垂直整套裝置處于磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直斜面向下，導軌和金屬桿的電阻可忽略讓ab桿沿導軌由靜止開始下滑，導軌和金屬桿接觸良好，不計它們之間的摩擦(1)請在此圖中畫出ab桿下滑過程中某時刻的受力示意圖；(2)在加速下滑過程中，當ab桿的速度大小為v時，求此時ab桿中的電流及其加速度的大??； (3)求在下滑過程中，ab桿可以達到的速度最大值解析：(1)如圖所示：重力 mg，豎直向下；支撐力 N，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上(2)當ab桿速度為v時，感應電動勢EBLv，此時電路電流：I.ab桿受到安培力：FBIL.根據(jù)牛頓運動定律，有mamgsin Fmgsin 解得：agsin .(3)當mgsin 時，ab桿達到最大速度vm.答案：(1)如圖所示：重力mg，豎直向下；支撐力N，垂直斜面向上；安培力F，沿斜面向上(2)agsin (3)vm規(guī)律小結：解決電磁感應的力學綜合問題常見的基本處理方法：導體處于平衡狀態(tài)靜止或勻速直線運動狀態(tài)處理方法：根據(jù)平衡條件，列式分析求解導體處于非平衡狀態(tài)加速度a0.處理方法：根據(jù)牛頓第二定律進行動態(tài)分析，或結合功能關系分析專題三電磁感應中的圖象問題1常見的電磁感應圖象常見的圖象有磁感應強度B、磁通量、感應電動勢和感應電流隨時間t變化的圖象，即Bt圖象、t圖象、Et圖象和It圖象對于切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢和感應電流的情況，還常常涉及感應電動勢E和感應電流I隨線圈位移x變化的圖象，即Ex圖象和Ix圖象涉及磁場對導體的作用力的，有Ft圖象因為要表示的物理量，如磁感應強度B、磁通量、感應電動勢E和感應電流I以及安培力F等，是有方向(或說正負)的，所以不管什么圖象，都是用正負值來反映E、I、B等物理量方向的(或正負的)2分析思路(1)用楞次定律或右手定則判斷感應電動勢(或電流)的方向，確定其正負及在坐標中的范圍(2)利用法拉第電磁感應定律分析感應電動勢(或電流)的大小及變化規(guī)律3常見題型(1)由給定的電磁感應過程選出或畫出有關正確的圖象矩形導線框abcd放在勻強磁場中，在外力控制下處于靜止狀態(tài)，如圖甲所示磁感線方向與導線框所在平面垂直，磁感應強度B隨時間變化的圖象如圖乙所示t0時刻，磁感應強度的方向垂直線框平面向里，在04 s時間內(nèi)，導線框ad邊所受安培力隨時間變化的圖象(規(guī)定向左為安培力的正方向)可能是下圖中的()解析：t0時刻，磁感應強度的方向垂直線框平面向里，在0到1 s內(nèi)，穿過線框的磁通量變小，由楞次定律可得，感應電流方向是順時針，再由左手定則可得線框的ad邊的安培力水平向左當在 1 s到 2 s內(nèi)，磁感應強度的方向垂直線框平面向外，穿過線框的磁通量變大，由楞次定律可得，感應電流方向是順時針，再由左手定則可得線框的ad邊的安培力水平向右在下一個周期內(nèi)，重復出現(xiàn)安培力先向左后向右答案：D(2)由給定的圖象分析電磁感應過程，判斷其他物理量的變化一個圓形閉合線圈固定在垂直紙面的勻強磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，如圖甲所示設垂直于紙面向里的磁感應強度方向為正，垂直于紙面向外的磁感應強度方向為負，線圈中順時針方向的感應電流為正，逆時針方向的感應電流為負已知圓形線圈中感應電流i隨時間變化的圖象如圖乙所示，則線圈處的磁場的磁感應強度隨時間變化的圖象可能是圖中的哪一個()解析：設垂直紙面向里的磁感應強度方向為正，線圈中順時針方向的感應電流為正，則由乙可知：線圈中在前0.5 s內(nèi)產(chǎn)生了逆時針方向的感應電流，由楞次定律可得：當磁通量增加時，感應磁場方向與原磁場方向相反；當磁通量減小時，感應磁場方向與原磁場方向相同A在前0.5 s內(nèi)由乙圖根據(jù)楞次定律可知，若磁場方向垂直向里(正方向)時，必須是磁場增強的；若磁場方向垂直向外(負方向)時，必須是磁場減弱的而在0.5 s1.5 s，若磁場方向垂直向里(正方向)時，必須是磁場減弱的；若磁場方向垂直向外(負方向)時，必須是磁場增加的所以A選項錯誤；B在前0.5 s內(nèi)，若磁場方向垂直向里(正方向)時，必須是磁場增強的，則磁通量也會增大；若磁場方向垂直向外(負方向)時，必須是磁場減弱的，則磁通量也會減小而在0.5 s1.5 s，由感應電流方向，結合楞次定律可得：若磁場方向垂直向里(正方向)時，必須是磁場減弱的，則磁通量也會減??；若磁場方向垂直向外(負方向)時，必須是磁場增加的，則磁通量也會增大故B錯誤；C在前0.5 s內(nèi)由乙圖根據(jù)楞次定律可知，若磁場方向垂直向里(正方向)時，必須是磁場增強的；若磁場方向垂直向外(負方向)時，必須是磁場減弱的而在0.5 s1.5 s，若磁場方向垂直向里(正方向)時，必須是磁場減弱的；若磁場方向垂直向外(負方向)時，必須是磁場增加的所以C選項正確；D在前0.5 s內(nèi)，若磁場方向垂直向里(正方向)時，必須是磁場增強的，則磁通量也會增大；若磁場方向垂直向外(負方向)時，必須是磁場減弱的，則磁通量也會減小而在0.5 s 1.5 s，由感應電流方向，結合楞次定律可得：若磁場方向垂直向里(正方向)時，必須是磁場減弱的，則磁通量也會減小；若磁場方向垂直向外(負方向)時，必須是磁場增加的，則磁通量也會增大故D正確答案：CD規(guī)律小結：觀察縱橫坐標軸代表的物理量，整體觀察圖象的周期性觀察圖線并分析其物理意義，包含圖線的斜率含義，縱橫坐標軸的截距的含義，圖線的形狀對應的函數(shù)關系等實現(xiàn)將圖象“翻譯”成實際的物理過程，從而做出正確的判斷專題四電磁感應中的能量問題1能量轉化在電磁感應現(xiàn)象中，通過外力克服安培力做功，把機械能或其他形式的能轉化為電能，克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能轉化為電能，即在電路中就產(chǎn)生多少電能若電路是純電阻電路，轉化過來的電能全部轉化為內(nèi)能；若電路為非純電阻電路，則電能一部分轉化為內(nèi)能，一部分轉化為其他形式的能，比如：用電器有電動機，一部分轉化為機械能2一般思路(1)分析回路，分清電源和外電路(2)分清哪些力做功，明確有哪些形式的能量發(fā)生轉化如：做功情況能量轉化的特點滑動摩擦力做功有內(nèi)能產(chǎn)生重力做功重力勢能必然發(fā)生變化克服安培力做功必然有其他形式的能轉化為電能，并且克服安培力做了多少功，就有多少電能產(chǎn)生安培力做正功電能轉化為其他形式的能(3)根據(jù)能量守恒列方程求解3電能的三種求解思路(1)利用克服安培力做功求解，電磁感應中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功(2)利用能量守恒求解，相應的其他能量的減少量等于產(chǎn)生的電能(3)利用電路特征來求解，通過電路中所消耗的電能來計算如圖所示，有一水平放置的光滑導電軌道，處在磁感強度為B0.5 T，方向向下的勻強磁場中軌道上放一根金屬桿，它的長度恰好等于軌道間的間距L0.2 m，其質(zhì)量m0.1 kg，電阻r0.02 .跨接在軌道間的電阻R1.18 .軌道電阻忽略不計，g10 m/s2.(1)要使金屬桿獲得60 m/s的穩(wěn)定速度，應對它施加多大的水平力F?(2)在金屬桿獲得 60 m/s的穩(wěn)定速度后，若撤去水平力 F，那么此后電阻R上還能放出多少熱量？ 解析：(1)金屬桿獲得穩(wěn)定的速度，就是做勻速運動，它所受到的安培力與外力應是一對平衡力，即FFBBIL，ab桿切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢為EBLv，回路中感應電流I，所以F0.5 N 撤去外力F后，金屬桿將在安培力的作用下做減速運動，感應電動勢在減小，感應電流在減小，安培力在減小，加速度在減小，直到金屬桿的速度為零時為止，此過程中，金屬桿的動能通過安培力做功轉化為回路中的電能，再通過電阻轉化為電熱由于外電阻R與金屬桿是串聯(lián)關系，在串聯(lián)電路中，消耗的電能與電阻成正比，故有QRQrmv2180 J, 在串聯(lián)電路中59, 解得：QR177 J答案：0.5 N 177 J如圖所示，正方形導線框abcd的質(zhì)量為m、邊長為l，導線框的總電阻為R.導線框從垂直紙面向里的水平有界勻強磁場的上方某處由靜止自由下落，下落過程中，導線框始終在與磁場垂直的豎直平面內(nèi)，cd邊保持水平磁場的磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向里，磁場上、下兩個界面水平距離為l.已知cd邊剛進入磁場時線框恰好做勻速運動重力加速度為g.(1)求cd邊剛進入磁場時導線框的速度大??；(2)請證明：導線框的cd邊在磁場中運動的任意瞬間，導線框克服安培力做功的功率等于導線框消耗的電功率；(3)求從導線框cd邊剛進入磁場到ab邊剛離開磁場的過程中，導線框克服安培力所做的功解析：(1)設線框cd邊剛進入磁場時的速度為v，則在cd邊進入磁場過程時產(chǎn)生的感應電動勢為EBLv，根據(jù)閉合電路歐姆定律，通過導線框的感應電流為：I導線框受到的安培力為：F安BIl因cd剛進入磁場時導線框做勻速運動，所以有F安mg以上各式聯(lián)立得：v(2)導線框cd邊在磁場中運動時，克服安培力做功的功率為：P安F安v代入(1)中的結果，整理得：P安導線框消耗的電功率為：P電I2RR因此有P電P安(3)導線框ab邊剛進入磁場時，cd邊即離開磁場，因此導線框繼續(xù)做勻速運動導線框穿過磁場的整個過程中，導線框的動能不變設導線框克服安培力做功為W安，根據(jù)動能定理有2mglW安0解得：W安2mgl答案：見解析規(guī)律小結：電磁感應的過程是能量轉化與守恒的過程，在解決電磁感應中的能量問題時，應牢牢抓住能量守恒這一基本規(guī)律，明確哪些力做功，對應著哪些能量發(fā)生了轉化黑洞最后的命運：大爆炸在黑洞不斷增大的假設中，黑洞的生命永遠不會停止但有一個預示性的停止正是由同一位霍金做出的，他把黑洞比作一個不斷充氣的氣球.1976年，霍金在自然雜志上發(fā)表文章指出，黑洞會不斷蒸發(fā)直到最后爆炸而消失這種理論今天已被普遍認同人們認為有可能“看到”黑洞的最后的閃爍，就是能從高能電磁波中觀測到的黑洞最后爆炸時發(fā)射的射線黑洞總是貪吃的，它們的終結正是由于狼吞虎咽地吃了某種消化不了的東西：帶“負能”的粒子帶負能的粒子與提供正能的粒子一起來源于能層，但那些提供正能的粒子被推到了黑洞外面，而黑洞則吞下了帶負能的粒子，這樣它們就不得不用消耗自己能量的代價來彌補債務因此黑洞的質(zhì)量減少了，并開始了一個不斷蒸發(fā)的過程黑洞越來越小，越來越熱，它的能量在空間散失，最后這個老掠奪者就爆炸和消失了黑洞的大小不同，蒸發(fā)程度也不相同現(xiàn)在我們換個話題，不談從恒星坍縮產(chǎn)生的黑洞科學家認為，大爆炸后立即產(chǎn)生出宇宙，那時形成了許多極小的黑洞：它們大小像一個質(zhì)子但重量達億萬噸質(zhì)量巨大和溫度極高的微型黑洞正是蒸發(fā)現(xiàn)象的理想發(fā)生地現(xiàn)在，這些微型黑洞多數(shù)已經(jīng)消失了，但另外一些爆炸正在發(fā)生之中據(jù)天體物理學家說，有可能利用一個正在蒸發(fā)的微型黑洞來代替我們的太陽這個微型黑洞的質(zhì)量為月球質(zhì)量的，但直徑只有0.000 5毫米這樣一個微型黑洞的溫度為幾千度，接近太陽表面溫度，而且持續(xù)輻射能量的時間長達10億年，如果和已知的宇宙年齡150億年相比，時間是足夠長了，如果和太陽100億年的壽命相比，更可以說是一個永久性能源了