难点15电磁感应电路分析与模型转换
4页1、难点15 电磁感应电路分析与模型转换图15-1电磁感应电路的分析与计算以其覆盖知识点多,综合性强,思维含量高,充分体现考生能力和素质等特点,成为历届高考命题的特点.难点磁场1.()(1999年广东)如图15-1所示,MN、PQ为两平行金属导轨,M、P间连有一阻值为R的电阻,导轨处于匀强磁场中,磁感应强度为B,磁场方向与导轨所在平面垂直,图中磁场垂直纸面向里.有一金属圆环沿两导轨滑动,速度为v,与导轨接触良好,圆环的直径d与两导轨间的距离相等.设金属环与导轨的电阻均可忽略,当金属环向右做匀速运动时图15-2A.有感应电流通过电阻R,大小为 B.有感应电流通过电阻R,大小为C.有感应电流通过电阻R,大小为 D.没有感应电流通过电阻R2.()两根相距d=0.20 m的平行金属长导轨固定在同一水平面内,并处于竖直方向的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.20 T,导轨上面横放着两条金属细杆,构成矩形闭合回路.每条金属细杆的电阻为r=0.25 ,回路中其余部分的电阻可不计,已知两金属细杆在平行导轨的拉力作用下沿导轨朝相反方向匀速平移,速度大小都是v=5.0 m/s,如图15-2所示,不计导轨上的
2、摩擦.(1)求作用于每条金属细杆的拉力的大小.(2)求两金属细杆在间距增加0.40 m的滑动过程中共产生的热量.图15-33.()(1999年上海)如图15-3所示,长为L、电阻r=0.3 、质量m=0.1 kg的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上,两导轨间距也是L,棒与导轨间接触良好,导轨电阻不计,导轨左端接有R=0.5 的电阻,量程为了 03.0 A的电流表串接在一条导轨上,量程为01.0 V的电压表接在电阻R的两端,垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面.现以向右恒定外力F使金属棒右移.当金属棒以v=2 m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时,观察到电路中的一个电表正好满偏,而另一个电表未满偏.问:(1)此满偏的电表是什么表?说明理由.(2)拉动金属棒的外力F多大?(3)此时撤去外力F,金属棒将逐渐慢下来,最终停止在导轨上.求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中通过电阻R的电量.例1()据报道,1992年7月,美国阿特兰蒂斯号航天飞机进行了一项卫星悬绳发电实验,实验取得了部分成功.航天飞机在地球赤道上空离地面约3000 km处由东向西飞行,相对地面速度大约6.5103
3、 m/s,从航天飞机上向地心方向发射一颗卫星,携带一根长20 km,电阻为800 的金属悬绳,使这根悬绳与地磁场垂直,做切割磁感线运动.假定这一范围内的地磁场是均匀的.磁感应强度为410-5T,且认为悬绳上各点的切割速度和航天飞机的速度相同.根据理论设计,通过电离层(由等离子体组成)的作用,悬绳可以产生约3 A的感应电流,试求:图15-4(1)金属悬绳中产生的感应电动势;(2)悬绳两端的电压;(3)航天飞机绕地球运行一圈悬绳输出的电能(已知地球半径为6400 km).(1)金属绳产生的电动势:E=Blv=410-5201036.5103 V5.2103 V(2)悬绳两端电压,即路端电压可由闭合电路欧姆定律得:U=E-Ir=5.2103-3800V2.8103 V图15-5(3)飞机绕地运行一周所需时间t=s9.1103 s则飞机绕地运行一圈输出电能:E=UIt=280039.1103 .6107 例2()如图15-5所示,竖直向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.5 T,并且以=0.1 T/s在变化,水平轨道电阻不计,且不计摩擦阻力,宽0.5 m的导轨上放一电阻R0=0.1 的导体棒,并用
4、水平线通过定滑轮吊着质量M=0.2 kg的重物,轨道左端连接的电阻R=0.4 ,图中的l=0.8 m,求至少经过多长时间才能吊起重物.由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势:E=b 由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流I由于安培力方向向左,应用左手定则可判断出电流方向为顺时针方向(由上往下看).再根据楞次定律可知磁场增加,在t时磁感应强度为:B(Bt)此时安培力为F安=BIlab由受力分析可知F安=mg由式并代入数据:t=495 s锦囊妙计一、命题特点对电磁感应电路的考查命题,常以学科内综合题目呈现,涉及电磁感应定律、直流电路、功、动能定理、能量转化与守恒等多个知识点,突出考查考生理解能力、分析综合能力,尤其从实际问题中抽象概括构建物理模型的创新能力.二、求解策略变换物理模型,是将陌生的物理模型与熟悉的物理模型相比较,分析异同并从中挖掘其内在联系,从而建立起熟悉模型与未知现象之间相互关系的一种特殊解题方法.巧妙地运用“类同”变换,“类似”变换,“类异”变换,可使复杂、陌生、抽象的问题变成简单、熟悉、具体的题型,从而使问题大为简化.解决电磁感应电路问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发理
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