王強
電磁感應(yīng)是電磁學(xué)中最為重要的內(nèi)容,也是高考命題頻率最高的內(nèi)容之一。題型多為選擇題、計算題。主要考查電磁感應(yīng)、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、自感等知識。本部分知識多結(jié)合電學(xué)、力學(xué)部分出壓軸題,其命題形式主要是電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與力學(xué)規(guī)律的綜合應(yīng)用、電磁感應(yīng)與能量守恒的綜合應(yīng)用。復(fù)習(xí)中要熟練掌握感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、感應(yīng)電流方向的判斷、感應(yīng)電動勢的計算,還要掌握本部分內(nèi)容與力學(xué)、能量的綜合問題的分析求解方法。綜合試題還是涉及到力和運動、動量守恒、能量守恒、電路分析、安培力等力學(xué)和電學(xué)知識.主要的類型有滑軌類問題、線圈穿越有界磁場的問題、電磁感應(yīng)圖象的問題等.
一、法拉第電磁感應(yīng)定律
法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是感應(yīng)電動勢的大小與穿過回路的磁通量的變化率成正比.在具體問題的分析中,針對不同形式的電磁感應(yīng)過程,法拉第電磁感應(yīng)定律也相應(yīng)有不同的表達(dá)式或計算式.
二、楞次定律與左手定則、右手定則
1.左手定則與右手定則的區(qū)別:判斷感應(yīng)電流用右手定則,判斷受力用左手定則.
2.應(yīng)用楞次定律的關(guān)鍵是區(qū)分兩個磁場:引起感應(yīng)電流的磁場和感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場.感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化,“阻礙”的結(jié)果是延緩了磁通量的變化,同時伴隨著能量的轉(zhuǎn)化.
三、電磁感應(yīng)與電路的綜合
1.產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的電路通常是一個閉合電路,產(chǎn)生電動勢的那一部分電路相當(dāng)于電源,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就是電源的電動勢,在“電源”內(nèi)部電流的流向是從“電源”的負(fù)極流向正極,該部分電路兩端的電壓即路端電壓,U=E.
2.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,電路產(chǎn)生的電功率等于內(nèi)外電路消耗的功率之和.若為純電阻電路,則產(chǎn)生的電能將全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;若為非純電阻電路,則產(chǎn)生的電能除了一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,還有一部分能量轉(zhuǎn)化為其他能,但整個過程能量守恒.能量轉(zhuǎn)化與守恒往往是電磁感應(yīng)與電路問題的命題主線,抓住這條主線也就是抓住了解題的關(guān)鍵.
考點一對電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的考查
例1、如圖1所示,間距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ與水平面夾角為30°,導(dǎo)軌的電阻不計,導(dǎo)軌的N、Q端連接一阻值為R的電阻,導(dǎo)軌上有一根質(zhì)量一定、電阻為r的導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置,導(dǎo)體棒上方距離L以上的范圍存在著磁感應(yīng)強度大小為B、方向與導(dǎo)軌平面垂直向下的勻強磁場.現(xiàn)在施加一個平行斜面向上且與棒ab重力相等的恒力,使導(dǎo)體棒ab從靜止開始沿導(dǎo)軌向上運動,當(dāng)ab進(jìn)入磁場后,發(fā)現(xiàn)ab開始勻速運動,求:
(1)導(dǎo)體棒的質(zhì)量;
(2)若進(jìn)入磁場瞬間,拉力減小為原來的一半,求導(dǎo)體棒能繼續(xù)向上運動的最大位移.
解析:(1)導(dǎo)體棒從靜止開始在磁場外勻加速運動,距離為L,其加速度為
變式探究:如圖2甲所示,MN、PQ是相距d=1.0m足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角為θ,導(dǎo)軌電阻不計,整個導(dǎo)軌處在方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場中,金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌MN、PQ放置,且始終與導(dǎo)軌接觸良好,已知金屬棒ab的質(zhì)量m=0.1kg,其接入電路的電阻r=1Ω,小燈泡電阻RL=9Ω,重力加速度g取10m/s2.現(xiàn)斷開開關(guān)S,將棒ab由靜止釋放并開始計時,t=0.5s時刻閉合開關(guān)S,圖乙為ab的速度隨時間變化的圖像.求:
(1)金屬棒ab開始下滑時的加速度大小、斜面傾角的正弦值;
(2)磁感應(yīng)強度B的大小.
答案(1)6m/s2 (2)1T
方法技巧:在此類問題中力現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象相互聯(lián)系、相互制約,解決問題前首先要建立“動—電—動”的思維順序,可概括為:
(1)找準(zhǔn)主動運動者,用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求解感應(yīng)電動勢的大小和方向.
(2)根據(jù)等效電路圖,求解回路中的感應(yīng)電流的大小及方向.
(3)分析安培力對導(dǎo)體棒運動速度、加速度的影響,從而推出對電路中的感應(yīng)電流有什么影響,最后定性分析導(dǎo)體棒的最終運動情況.
(4)列牛頓第二定律或平衡方程求解.
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