第一章 电磁感应（四）电磁感应规律的应用(2)(第五、六节)【自主学习】 学习目标1.能综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图象问题.2.掌握电磁感应中动力学问题的分析方法.3.能解决电磁感应中的动力学与能量结合的综合问题．4.会分析自感现象及日光灯工作原理。

一、自主学习1．感应电流的方向一般是利用楞次定律或右手定则进行判断；闭合电路中产生的感应电动势E ＝nΔΦΔt 或E ＝BLv.2．垂直于匀强磁场放置、长为L 的直导线通过电流I 时，它所受的安培力F ＝BIL ，安培力方向的判断用左手定则．3．牛顿第二定律：F ＝ma ，它揭示了力与运动的关系．当加速度a 与速度v 方向相同时，速度增大，反之速度减小．当加速度a 为零时，物体做匀速直线运动．4．电磁感应现象中产生的电能是通过克服安培力做功转化而来的. 二、要点透析要点一 电磁感应中的图象问题1．对于图象问题，搞清物理量之间的函数关系、变化范围、初始条件、斜率的物理意义等，往往是解题的关键．2．解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类，是B －t 图象还是Φ－t 图象，或者E －t 图象、I －t 图象等． (2)分析电磁感应的具体过程．(3)用右手定则或楞次定律确定感应电流的方向． (4)用法拉第电磁感应定律E ＝nΔΦΔt或E ＝BLv 求感应电动势的大小． (5)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式． (6)根据函数关系画图象或判断图象，注意分析斜率的意义及变化．问题一 匀强磁场的磁感应强度B ＝0.2 T ，磁场宽度l ＝4 m ，一正方形金属框边长ad ＝l′＝1 m ，每边的电阻r ＝0.2 Ω，金属框以v ＝10 m/s 的速度匀速穿过磁场区，其平面始终保持与磁感线方向垂直，如图所示．求：(1)画出金属框穿过磁场区的过程中，各阶段的等效电路图．(2)画出金属框穿过磁场区的过程中，金属框内感应电流的i －t 图线；(要求写出作图依据)课 前 先学案(3)画出ab两端电压的U－t图线．(要求写出作图依据)要点二电磁感应中的动力学问题1．电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向．(2)求回路中的电流强度的大小和方向．(3)分析研究导体受力情况(包括安培力)．(4)列动力学方程或平衡方程求解．2．电磁感应现象中涉及的具有收尾速度的力学问题，关键要抓好受力情况和运动情况的动态分析；周而复始地循环，加速度等于零时，导体达到稳定运动状态．3．两种状态处理导体匀速运动，应根据平衡条件列式分析；导体做匀速直线运动之前，往往做变加速运动，处于非平衡状态，应根据牛顿第二定律或结合功能关系分析．【课前自测】1、(单选)在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环．规定导体环中电流的正方向如图1甲所示，磁场向上为正．当磁感应强度B随时间t按图乙变化时，下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是( )2.(单选)如图5所示是日光灯的结构示意图，若按图示的电路连接，关于日光灯发光的情况，下列叙述中正确的是( )A．S1接通，S2、S3断开，日光灯就能正常发光B．S1、S2接通，S3断开，日光灯就能正常发光C．S3断开，接通S1、S2，再断开S2，日光灯就能正常发光D．当日光灯正常发光后，再接通S3，日光灯仍能正常发光3. 如图3甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻．一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下．导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．(1)由b向a方向看到的装置如图乙所示，请在此图中画出ab杆下滑过程中某时刻的受力示意图．(2)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小．(3)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度的最大值．电磁感应规律的应用(2)【当堂检测】1．(单选)如图所示，电感线圈L的自感系数足够大，其直流电阻忽略不计，L A、L B是两个相同的灯泡，且在下列实验中不会烧毁，电阻R2阻值约等于R1的两倍，则 ( )A．闭合开关S时，L A、L B同时达到最亮，且L B更亮一些B．闭合开关S时，L A、L B均慢慢亮起来，且L A更亮一些C．断开开关S时，L A慢慢熄灭，L B马上熄灭D．断开开关S时，L A慢慢熄灭，L B闪亮后才慢慢熄灭2. (单选)如图所示，MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨，已知导轨足够长，且电阻不计．ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆．开始时，将开关S断开，让杆ab由静止开始自由下落，过段时间后，再将S闭合，若从S闭合开始计时，则金属杆ab的速度v随时间t变化的图象不可能．．．是( )3. 如图所示，足够长的U形框架宽度是L＝0.5 m，电阻忽略不计，其所在平面与水平面成θ＝37°角，磁感应强度B＝0.8 T的匀强磁场方向垂直于导体框平面，一根质量为m＝0.2 kg，有效电阻R＝2 Ω的课堂检测案导体棒MN垂直跨放在U形框架上，该导体棒与框架间的动摩擦因数μ＝0.5，导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动时，通过导体棒截面的电荷量为Q＝2 C．(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)求：(1)导体棒匀速运动的速度．(2)导体棒从静止开始下滑到刚开始匀速运动，这一过程中导体棒的有效电阻消耗的电功．【当堂训练】1.(电磁感应中的动力学问题)(单选)如图7所示，匀强磁场存在于虚线框内，矩形线圈竖直下落．如果线圈中受到的磁场力总小于其重力，则它在1、2、3、4位置时的加速度关系为 ( )A．a1＞a2＞a3＞a4 B．a1＝a2＝a3＝a4C．a1＝a3＞a2＞a4 D．a1＝a3＞a2＝a42. （电磁感应中的图象问题）(双选)如图甲所示，一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为电流I的正方向．线圈及线圈中感应电流I随时间变化的图线如图乙所示，则磁感应强度B随时间变化的图线可能是 ( )(电磁感应中的动力学及能量综合问题)足够长的平行金属导轨MN和PK表面粗糙，与水平面之间的夹角为α，间距为L.垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度为B，MP间接有阻值为R的电阻，质量为m的金属杆ab垂直导轨放置，其他电阻不计．如图9所示，用恒力F沿导轨平面向下拉金属杆ab，使金属杆由静止开始运动，杆运动的最大速度为v m，t s末金属杆的速度为v1，前t s内金属杆的位移为x，(重力加速度为g)求： (1)金属杆速度为v1时加速度的大小；(2)整个系统在前t s内产生的热量．课堂训练案【巩固拓展】1.(单选)如图所示，MN 和PQ 是电阻不计的平行金属导轨，其间距为L ，导轨弯曲部分光滑，平直部分粗糙，二者平滑连接．右端接一个阻值为R 的定值电阻．平直部分导轨左边区域有宽度为d 、方向竖直向上、磁感应强度大小为B 的匀强磁场．质量为m 、电阻也为R 的金属棒从高度为h 处静止释放，到达磁场右边界处恰好停止．已知金属棒与平直部分导轨间的动摩擦因数为μ，金属棒与导轨间接触良好．则金属棒穿过磁场区域的过程中( ) A ．流过金属棒的最大电流为Bd 2gh2RB ．通过金属棒的电荷量为BdL RC ．克服安培力所做的功为mghD ．金属棒产生的焦耳热为12(mgh －μmgd)2. 如图11所示，倾角为θ的“U”型金属框架下端连接一阻值为R 的电阻，相互平行的金属杆MN 、PQ 间距为L ，与金属杆垂直的虚线a 1b 1、a 2b 2区域内有垂直框架平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，a 1b 1、a 2b 2间距离为d ，一长为L 、质量为m 、电阻为R 的导体棒在金属框架平面上与磁场上边界a 2b 2距离d 处从静止开始释放，最后能匀速通过磁场下边界a 1b 1.重力加速度为g(金属框架摩擦及电阻不计)．求：(1)导体棒刚到达磁场上边界a 2b 2时速度大小v 1； (2)导体棒匀速通过磁场下边界a 1b 1时速度大小v 2； (3)导体棒穿越磁场过程中，回路产生的电能．课 后 拓展案2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．某理想气体的初始压强p 0=3atm ，温度T 0=150K ，若保持体积不变，使它的压强变为5atm ，则此时气体的温度为（ ） A ．100KB ．200KC ．250KD ．300K2．如图所示，竖直平面内两个四分之一圆弧轨道的最低点相切，圆心分别为1O 、2O ，半径分别为R 和2R ，两个小球P 、Q 先后从A 点水平拋出，分别落在轨道上的B 、C 两点，已知B 、C 两点处于同一水平线上，在竖直方向上与A 点相距0.6R ，不计空气阻力，重力加速度为g 。

下列说法正确的是（ ）A ．小球P 在空中运动的时间较短B ．小球Q 从抛出到落在轨道上的速度变化量较大C ．小球P 与小球Q 抛出时的速度之比为1∶11D ．两小球落在轨道上的瞬间，小球P 的速度与水平方向的夹角较小 3．对光电效应现象的理解，下列说法正确的是（ ）A ．当某种单色光照射金属表面时，能产生光电效应，如果入射光的强度减弱，从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B ．光电效应现象证明光具有波动性C ．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多D ．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就能产生光电效应4．如图所示，一辆运送沙子的自卸卡车，装满沙子．沙粒之间的动摩擦因数为μ1，沙子与车厢底部材料的动摩擦因数为μ2，车厢的倾角用θ表示（已知μ2>μ1），下列说法正确的是A ．要顺利地卸干净全部沙子，应满足tan θ=μ2B ．要顺利地卸干净全部沙子，应满足sin θ>μ2C ．只卸去部分沙子，车上还留有一部分沙子，应满足μ2>tan θ>μ1D ．只卸去部分沙子，车上还留有一部分沙子，应满足μ2>μ1>tan θ5．如下图所示，ab 间接入u=2002sin100πtV 的交流电源，理想变压器的原副线圈匝数比为2︰1，R t 为热敏电阻，且在此时的环境温度下R t =2Ω(温度升高时其电阻减小)，忽略保险丝L 的电阻，电路中电表均为理想电表，电路正常工作，则A ．电压表的示数为1002VB ．保险丝的熔断电流不小于25AC ．原副线圈交流电压的频率之比为2︰1D ．若环境温度升高，电压表示数减小，电流表示数减小，输入功率不变6．在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的等边三角形线框abc ，磁场方向垂直于线框平面，ac 两点间接一直流电源，电流方向如图所示．则（ ）A ．导线ab 受到的安培力小于导线ac 受到的安培力B ．导线abc 受到的安培力大于导线ac 受到的安培力C ．线框受到安培力的合力为零D ．线框受到安培力的合力方向垂直于ac 向上7．小球在水中运动时受到水的阻力与小球运动速度的平方成正比，即2f kv =，则比例系数k 的单位是 A ．2kg m ⋅ B ．kg m ⋅ C ．kg /m D ．2kg /m8．在平直公路上甲乙两车从同一地点出发，两车位移x 和时间t 的比值xt与时间t 之间的关系如图所示。