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1、章末總結熱點講座熱點講座 9.9.力電綜合題的解題方略力電綜合題的解題方略熱點解讀熱點解讀 從歷年高考試題可以觀察到從歷年高考試題可以觀察到, ,力、電綜合命題多以帶力、電綜合命題多以帶電粒子在復合場中的運動、電磁感應中導體棒動態(tài)分析、電粒子在復合場中的運動、電磁感應中導體棒動態(tài)分析、電磁感應中能量轉化等為載體考查學生理解能力、推理電磁感應中能量轉化等為載體考查學生理解能力、推理能力、綜合分析能力及運用數學知識解決物理問題的能能力、綜合分析能力及運用數學知識解決物理問題的能力力. .命題在能力立意下命題在能力立意下, ,這類綜合題目往往以力和能量為這類綜合題目往往以力和能量為主線主線, ,通過

2、力學知識和電學知識的串接滲透作為背景通過力學知識和電學知識的串接滲透作為背景, ,并并且經常對物理情景重組翻新且經常對物理情景重組翻新, ,巧妙變換設問巧妙變換設問, ,即所謂舊題即所謂舊題翻新翻新, ,具有不回避重復考查的特點具有不回避重復考查的特點. . 解答力電綜合題要注意以下幾點解答力電綜合題要注意以下幾點: : 1. 1.審題、畫草圖審題、畫草圖. .對題目的信息進行加工處理對題目的信息進行加工處理, ,畫出畫出示意圖示意圖( (包括受力分析圖、運動情景圖和軌跡圖包括受力分析圖、運動情景圖和軌跡圖),),借助借助圖示建立起清晰的物理情景圖示建立起清晰的物理情景. . 2. 2.選對象

3、選對象, ,建模型建模型. .通過對整個題目的情景把握通過對整個題目的情景把握, ,選選取研究對象取研究對象, ,通過抽象、概括或類比等效的方法建立相通過抽象、概括或類比等效的方法建立相應的物理模型應的物理模型, ,并對其進行全面的受力分析并對其進行全面的受力分析. . 3.3.分析狀態(tài)和過程分析狀態(tài)和過程. .對物體參與的全過程層層分析對物體參與的全過程層層分析, ,對每一個中間過程的特點規(guī)律加以研究對每一個中間過程的特點規(guī)律加以研究, ,分析挖掘相鄰分析挖掘相鄰過程中的臨界狀態(tài)和臨界條件過程中的臨界狀態(tài)和臨界條件, ,尋找各階段物理量的變尋找各階段物理量的變化與聯系化與聯系. . 4. 4

4、.找規(guī)律、列方程找規(guī)律、列方程. .尋找題設條件與所求未知物理尋找題設條件與所求未知物理量的聯系量的聯系, ,從力的觀點或能量的觀點從力的觀點或能量的觀點, ,依據物理規(guī)律依據物理規(guī)律( (牛牛頓第二定律、能的轉化與守恒、動量守恒定律等頓第二定律、能的轉化與守恒、動量守恒定律等) )列出列出方程求解方程求解, ,并對結果進行檢驗并對結果進行檢驗. .專題講座專題講座 專題一專題一 電磁感應中的電路問題電磁感應中的電路問題 在電磁感應現象中在電磁感應現象中, ,切割磁感線的導體或磁通量切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路相當于電源發(fā)生變化的回路相當于電源. .解決電磁感應中的電解決電磁感應中的

5、電路問題的基本思路是路問題的基本思路是: : (1) (1)明確哪部分相當于電源明確哪部分相當于電源, ,由法拉第電磁感應由法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向; ;(2)(2)畫出等效電路圖畫出等效電路圖;(3);(3)運用閉合電路歐姆定律、運用閉合電路歐姆定律、串并聯電路的性質求解未知物理量串并聯電路的性質求解未知物理量. . 【例例1 1】如圖如圖1 1所示所示, ,把總電阻為把總電阻為2 2R R的均勻電阻絲焊接成一半徑為的均勻電阻絲焊接成一半徑為a a的圓環(huán)的圓環(huán), ,水平固定在豎直向下的磁感應強度為水平固定在豎直向下的磁感應

6、強度為B B的勻強磁場中的勻強磁場中, ,一長度為一長度為2 2a a、電阻等于、電阻等于R R、粗細均勻的金屬棒、粗細均勻的金屬棒MNMN放在圓環(huán)上放在圓環(huán)上, ,它與圓環(huán)始終保持良好的接觸它與圓環(huán)始終保持良好的接觸. .當金屬棒以恒定速當金屬棒以恒定速度度v v向右移動向右移動, ,且經過環(huán)心且經過環(huán)心O O時時, ,求求: : (1) (1)流過棒的電流的大小和方向及棒兩端的電流過棒的電流的大小和方向及棒兩端的電壓壓U UMNMN. . (2) (2)在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率. .圖圖1 1解析解析 (1)(1)金屬棒過環(huán)心時的電動勢大小為金屬棒過環(huán)心

7、時的電動勢大小為E E=2=2BaBav v由閉合電路歐姆定律得電流大小為由閉合電路歐姆定律得電流大小為電流方向從電流方向從N N流向流向M M. .路端電壓為路端電壓為U UMNMN= =(2)(2)全電路的熱功率為全電路的熱功率為P P= =EIEI= =答案答案 (1) (2)(1) (2)RBaRRBarREI3422vv外322vBaIRRaB38222vRBa34vN NM MvBa32RaB38222v 專題二專題二 電磁感應中的動力學分析電磁感應中的動力學分析 導體切割磁感線運動時產生感應電流導體切割磁感線運動時產生感應電流, ,使導體受使導體受到安培力的作用到安培力的作用,

8、,從而直接影響到導體的進一步運從而直接影響到導體的進一步運動動, ,這種情況我們可以對導體或線圈的受力情況、這種情況我們可以對導體或線圈的受力情況、運動情況進行動態(tài)分析運動情況進行動態(tài)分析. .解決這類問題的基本思路解決這類問題的基本思路是是: :導體受力運動產生感應電動勢導體受力運動產生感應電動勢感應電流感應電流通通電導體受安培力電導體受安培力合力變化合力變化加速度變化加速度變化速度速度變化變化感應電動勢變化感應電動勢變化周而復始的循環(huán)周而復始的循環(huán), ,循循環(huán)結束時環(huán)結束時, ,加速度等于零加速度等于零, ,導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài)導體達到穩(wěn)定運動狀態(tài). . 電磁感應過程中往往伴隨著多種形式的

9、能量轉電磁感應過程中往往伴隨著多種形式的能量轉化化, ,其中克服安培力做功的過程就是其他形式的能其中克服安培力做功的過程就是其他形式的能轉化為電能的過程轉化為電能的過程, ,從功能的觀點入手也是解決電從功能的觀點入手也是解決電磁感應問題的有效途徑磁感應問題的有效途徑. . 【例例2 2】如圖如圖2 2所示所示, ,兩根無限長直的金屬導軌兩根無限長直的金屬導軌MNMN、PQPQ平行放置在傾角為平行放置在傾角為 的絕緣斜面上的絕緣斜面上, ,兩導軌間距為兩導軌間距為L L, ,M M、P P兩點間接有阻值為兩點間接有阻值為R R的電阻的電阻. .一根質量為一根質量為m m的均勻直金屬的均勻直金屬桿

10、桿abab放在兩導軌上放在兩導軌上, ,并與導軌垂直并與導軌垂直, ,整套裝置處于勻強磁整套裝置處于勻強磁場中場中, ,磁場方向垂直于斜面向上磁場方向垂直于斜面向上, ,導軌和金導軌和金屬桿的電阻可忽略屬桿的電阻可忽略. .讓金屬桿讓金屬桿abab沿導軌由靜沿導軌由靜止開始下滑止開始下滑, ,經過足夠長的時間后經過足夠長的時間后, ,金屬桿金屬桿達到最大速度達到最大速度v vm m, ,在這個過程中在這個過程中, ,電阻電阻R R上上產生的熱為產生的熱為Q Q. .導軌和金屬桿接觸良好導軌和金屬桿接觸良好, ,它它們之間的動摩擦因數為們之間的動摩擦因數為 , ,且且 tan .tan .重力加

11、速度為重力加速度為g g. .(1)(1)求磁感應強度的大小求磁感應強度的大小. .(2)(2)金屬桿在加速下滑過程中金屬桿在加速下滑過程中, ,當速度達到當速度達到 v vm m時時, ,求此求此時桿的加速度大小時桿的加速度大小. .(3)(3)求金屬桿從靜止開始至達到最大速度時下降的高度求金屬桿從靜止開始至達到最大速度時下降的高度. .嘗試解題嘗試解題31解析解析 (1)(1)當桿達到最大速度時受力平衡當桿達到最大速度時受力平衡, ,受力如下圖所受力如下圖所示示. .mgmgsinsin = =BILBIL+ + F FN NF FN N= =mgmgcoscos 電路中的電流電路中的電流

12、解得解得RBLREImvm2)cos(sinvLmgRB(2)(2)當桿的速度為當桿的速度為 v vm m時時, ,由牛頓第二定律由牛頓第二定律mgmgsinsin - -BIBIL L- - F FN N= =mama此時電路中電流此時電路中電流I I= =解得解得a a= = g g(sin(sin - - coscos ) )(3)(3)設金屬桿從靜止開始至達到最大速度時下降的高度為設金屬桿從靜止開始至達到最大速度時下降的高度為h h, ,由能量守恒由能量守恒mghmgh= = 又又h h= =x xsinsin解得解得h h= =31RmBLRE3v32xmgQmcos212mv)co

13、t1 (222mmgQmv答案答案)cot1 (22) 3()cos(sin32)2()cos(sin) 1 (2mm2mgQmgvLmgRv專題三專題三 綜合運用力學方法解決帶電粒子在復合場中的綜合運用力學方法解決帶電粒子在復合場中的運動運動 對于電荷在復合場對于電荷在復合場( (即重力場、電場、磁場并存的場即重力場、電場、磁場并存的場) )中運動的問題中運動的問題, ,其分析方法和力學問題的分析方法基本相其分析方法和力學問題的分析方法基本相同同, ,不同之處就是多了電場力和磁場力不同之處就是多了電場力和磁場力, ,但其思路、方法與但其思路、方法與解題步驟相同解題步驟相同, ,因此在利用力學

14、的兩大觀點因此在利用力學的兩大觀點( (動力學、能量動力學、能量) )分析問題的過程中分析問題的過程中, ,要特別注意幾點要特別注意幾點: :弄清物理情境弄清物理情境, ,即即在頭腦中再現客觀事物的運動全過程在頭腦中再現客觀事物的運動全過程, ,對問題的情境原型對問題的情境原型進行具體抽象進行具體抽象, ,從而建立起正確、清晰的物理情景從而建立起正確、清晰的物理情景; ;要對要對物理知識有全面深入的理解物理知識有全面深入的理解; ;熟練掌握相關的數學知識熟練掌握相關的數學知識. .【例例3 3】如圖如圖3 3所示所示, ,在在xOyxOy坐標平面坐標平面的第一象限內有沿的第一象限內有沿- -y

15、 y方向的勻強電方向的勻強電場場, ,在第四象限內有沿在第四象限內有沿+ +y y方向的勻方向的勻強電場和垂直于平面向外的勻強磁強電場和垂直于平面向外的勻強磁場場, ,且電場強度大小與第一象限的且電場強度大小與第一象限的相同相同. .現有一質量為現有一質量為m m, ,帶電量為帶電量為+ +q q的質點的質點, ,以某一初速度以某一初速度沿沿- -x x方向從坐標為方向從坐標為(3(3l l, ,l l) )的的P P點開始運動點開始運動, ,第一次經過第一次經過x x軸軸的點為的點為Q Q點點, ,Q Q點的坐標為點的坐標為( (l l,0),0),經過勻速圓周運動后第經過勻速圓周運動后第二

16、次過二次過x x軸的點為坐標原點軸的點為坐標原點, ,質點運動的初動能為質點運動的初動能為2 2mglmgl. .求求: :(1)(1)粒子經過粒子經過Q Q點時的速度點時的速度v v和電場強度和電場強度E E的大小的大小. .(2)(2)粒子在第四象限運動的時間粒子在第四象限運動的時間. .圖圖3 3解析解析 (1)(1)帶電質點從第一次經過帶電質點從第一次經過x x軸到第二次過軸到第二次過x x軸做軸做勻勻速圓周運動速圓周運動, ,故重力與電場力平衡故重力與電場力平衡qEqE= =mgmg, ,得得E E= =從從P P點到點到Q Q點點, ,由動能定理得由動能定理得( (mgmg+ +q

17、EqE) )l l= = m mv v2 2-2-2mglmgl解得解得v v=2=2(2)(2)設質點的初速度為設質點的初速度為v v0 0由由 m mv v0 02 2=2=2mglmgl得得v v0 0=2=2設帶電質點在設帶電質點在Q Q點時與點時與x x軸夾角為軸夾角為qmg21gl221glcoscos = , = ,得得=45=45由幾何關系可得由幾何關系可得由由q qv vB B= =m m解得解得答案答案220vvlR22R2vlgqmqRmB4vglTtqBmRT8422vglqmggl8)2(22) 1 (素能提升素能提升1.1.世界上海拔最高、線路最長的鐵路是青藏鐵路世

18、界上海拔最高、線路最長的鐵路是青藏鐵路, , 青藏鐵路安裝的一種電磁裝置可以向控制中心傳青藏鐵路安裝的一種電磁裝置可以向控制中心傳 輸信號輸信號, ,以確定火車的位置和運動狀態(tài)以確定火車的位置和運動狀態(tài), ,其原理是其原理是 將能產生勻強磁場的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下將能產生勻強磁場的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下 面面, ,如圖如圖4 4甲所示甲所示( (俯視圖俯視圖),),當它經過安放在兩鐵軌當它經過安放在兩鐵軌間的線圈時間的線圈時, ,線圈便產生一個電信號傳輸給控制中線圈便產生一個電信號傳輸給控制中心心. .線圈邊長分別為線圈邊長分別為l l1 1和和l l2 2, ,匝數為匝數為n n, ,

19、線圈和傳輸線圈和傳輸 線的電阻忽略不計線的電阻忽略不計. .若火車通過線圈時若火車通過線圈時, ,控制中心控制中心 接收到的線圈兩端的電壓信號接收到的線圈兩端的電壓信號u u與時間與時間t t的關系如的關系如 圖乙所示圖乙所示( (abab、cdcd均為直線均為直線),),t t1 1、t t2 2、t t3 3、t t4 4是運動是運動 過程的四個時刻過程的四個時刻, ,則火車則火車 ( )( )圖圖4 4A.A.在在t t1 1t t2 2時間內做勻加速直線運動時間內做勻加速直線運動B.B.在在t t3 3t t4 4時間內做勻減速直線運動時間內做勻減速直線運動C.C.在在t t1 1t

20、t2 2時間內加速度大小為時間內加速度大小為D.D.在在t t3 3t t4 4時間內平均速度的大小為時間內平均速度的大小為解析解析 由題意知由題意知: : 是線圈中是線圈中l(wèi) l1 1切割磁感線而產生切割磁感線而產生的的, ,故故 = =nBlnBl1 1v v, ,由由u ut t圖象知圖象知: :t t1 1t t2 2與與t t3 3t t4 4時間內時間內, ,速速度度v v大小隨時間大小隨時間t t均勻遞增均勻遞增, ,推知火車做勻加速運動推知火車做勻加速運動, ,A A對對,B,B錯錯; ;其中其中v v= ,= ,t t1 1t t2 2: :a a= ,= ,C C對對; ;

21、t t3 3t t4 4內內: : ，D D對對. .答案答案 ACDACD)(12112ttnBluu1432nBluu 1nBlu)(121121212ttnBlttvvvv1Blnvvvvv2243432.2.如圖如圖5 5所示所示, ,矩形線圈長為矩形線圈長為L L, ,寬為寬為h h, , 電阻為電阻為R R, ,質量為質量為m m, ,在空氣中豎直下在空氣中豎直下 落一段距離后落一段距離后( (空氣阻力不計空氣阻力不計),),進入進入 一寬為一寬為h h、磁感應強度為、磁感應強度為B B的勻強磁的勻強磁 場中場中, ,線圈進入磁場時的動能為線圈進入磁場時的動能為E Ek1k1, ,

22、 穿出磁場時的動能為穿出磁場時的動能為E Ek2k2, ,這一過程中產生的焦耳熱這一過程中產生的焦耳熱為為Q Q, ,線圈克服安培力做的功為線圈克服安培力做的功為W W1 1, ,重力做的功為重力做的功為 W W2 2, ,線圈重力勢能的減少量為線圈重力勢能的減少量為E Ep p, ,則以下關系中則以下關系中 正確的是正確的是 ( )( )圖圖5 5A.A.Q Q= =E Ek1k1B.B.Q Q= =W W2 2- -W W1 1C.C.Q Q= =W W1 1D.D.W W2 2= =W W1 1+ +E Ek2k2- -E Ek1k1解析解析 安培力做的負功等于其他能轉化的電能安培力做的

23、負功等于其他能轉化的電能, ,電能最后變成熱能電能最后變成熱能, ,故故C C正確正確; ;根據動能定理根據動能定理, ,有有W W2 2- -W W1 1= =E Ek2k2- -E Ek1k1, ,故故D D正確正確. .答案答案 CDCD3.3.如圖如圖6 6所示所示, ,平行光滑的金屬導平行光滑的金屬導 軌豎直放置軌豎直放置, ,寬為寬為L L, ,上端接有阻上端接有阻 值為值為R R的定值電阻的定值電阻, ,質量為質量為m m的金的金 屬桿與導軌垂直且接觸良好屬桿與導軌垂直且接觸良好. .勻勻 強磁場垂直于導軌平面強磁場垂直于導軌平面, ,磁感應磁感應 強度為強度為B B. .導軌和

24、桿的電阻不計導軌和桿的電阻不計. . 金屬桿由靜止開始下落金屬桿由靜止開始下落, ,下落下落h h時速度達到最大時速度達到最大, , 重力加速度為重力加速度為g g. .求求: : (1) (1)金屬桿的最大速度金屬桿的最大速度v vm m. . (2) (2)金屬桿由靜止開始下落至速度最大過程中金屬桿由靜止開始下落至速度最大過程中, ,電電 阻阻R R上產生的熱量上產生的熱量Q Q. .圖圖6 6解析解析 (1)(1)金屬桿速度最大時金屬桿速度最大時, ,安培力與重力平衡安培力與重力平衡, ,有有mgmg= =B BILIL金屬桿中的電動勢金屬桿中的電動勢E E= =BLBLv v由歐姆定律

25、由歐姆定律I I= ,= ,則有則有v vm m= =(2)(2)由功能關系得由功能關系得mghmgh= =Q Q+ + m mv v2 2則則Q Q= =mghmgh- - m m = =mghmgh- -答案答案 (1) (2)(1) (2)RE22LBmgR2121222LBmgR442232LBRgm22LBmgR442232 LBRgmmgh 4.4.邊長邊長L L=0.1 m=0.1 m的正方形金屬線框的正方形金屬線框abcdabcd, ,質量質量m m= = 0.1 kg, 0.1 kg,總電阻總電阻R R=0.02 ,=0.02 ,從高為從高為h h=0.2 m=0.2 m處自

26、處自 由下落由下落( (abcdabcd始終在豎直平面內且始終在豎直平面內且abab水平水平),),線框線框 下有一水平的有界勻強磁場下有一水平的有界勻強磁場, ,豎直寬度豎直寬度L L=0.1 m,=0.1 m, 磁感應強度磁感應強度B B=1.0 T,=1.0 T,方向如圖方向如圖7 7所示所示,(,(g g=10 m/s=10 m/s2 2).).求求: :圖圖7 7(1)(1)線框穿越磁場過程中發(fā)出的熱線框穿越磁場過程中發(fā)出的熱. .(2)(2)全程通過全程通過a a點截面的電荷量點截面的電荷量. .(3)(3)在坐標系中畫出線框從開始下落到在坐標系中畫出線框從開始下落到dcdc邊穿出

27、磁邊穿出磁場的速度與時間的圖象場的速度與時間的圖象. .解析解析 (1)(1)因為線框因為線框abcdabcd進入磁場時進入磁場時, ,v v1 1= = =2 =2 m/sm/s產生的電動勢產生的電動勢E E= =BlBlv v1 1=0.2 V=0.2 V安培力安培力F FA A= =BILBIL= =BL BL =1 N=1 NF FA A= =mgmg, ,故線框在磁場中勻速運動故線框在磁場中勻速運動, ,由能量關系可知由能量關系可知發(fā)出熱量為發(fā)出熱量為Q Q= =mgmg2 2L L=0.1=0.110102 20.1 J=0.2 J0.1 J=0.2 Jgh2RE(2)(2)因為因

28、為abab與與dcdc切割磁感線產生的電動勢和電流是切割磁感線產生的電動勢和電流是E E= =BlBlv v1 1, ,I I= =所以通過所以通過a a點電荷量點電荷量Q Q= =ItIt= =1 C= =1 C(3)(3)由由(1)(1)可知可知, ,線框自由下落的時間線框自由下落的時間t t1 1= =0.2 s= =0.2 s在磁場內做勻速運動在磁場內做勻速運動v v= =v v1 1時間時間t t2 2= =0.2 s= =0.2 s圖象如下圖所示圖象如下圖所示答案答案 (1)0.2 J (2)1 C (3)(1)0.2 J (2)1 C (3)見解析圖見解析圖RERBLLBlLRE

29、2111222vvvRgh212vL5.5.如圖如圖8 8所示所示, ,在與水平面成在與水平面成 角的角的 矩形導體框范圍內有垂直于框架矩形導體框范圍內有垂直于框架 的勻強磁場的勻強磁場, ,磁感應強度為磁感應強度為B B, ,導體導體 框架的框架的adad邊和邊和bcbc邊電阻不計邊電阻不計, ,而而abab 邊和邊和cdcd邊電阻均為邊電阻均為R R, ,長度均為長度均為L L. . 有一質量為有一質量為m m、電阻為、電阻為2 2R R的金屬棒的金屬棒MNMN, ,無摩擦地沖上框無摩擦地沖上框 架架, ,上升最大高度為上升最大高度為h h, ,在此過程中在此過程中abab邊產生的熱量為邊

30、產生的熱量為Q Q, , 求在金屬棒運動過程中整個電路的最大熱功率求在金屬棒運動過程中整個電路的最大熱功率P Pmaxmax. .圖圖8 8解析解析 棒棒MNMN沿框架向上運動產生感應電動勢沿框架向上運動產生感應電動勢, ,abab邊和邊和cdcd邊相當于兩個外電阻并聯邊相當于兩個外電阻并聯. .根據題意可知根據題意可知, ,abab邊和邊和cdcd邊中邊中的電流相同的電流相同,MN,MN中的電流是中的電流是abab中電流的中電流的2 2倍倍. .由熱功率公由熱功率公式式P=IP=I2 2R R知知, ,當當abab邊產生的熱量為邊產生的熱量為Q Q時時, ,cdcd邊產生的熱量也邊產生的熱量

31、也為為Q,MNQ,MN產生的熱量則為產生的熱量則為8 8Q,Q,金屬棒金屬棒MNMN沿框架向上運動沿框架向上運動過程中過程中, ,棒棒MNMN的動能轉化為的動能轉化為MNMN的重力勢能和電流通過的重力勢能和電流通過MNMN、abab、cdcd時產生的內能時產生的內能. .設設MNMN的初速度為的初速度為v v0 0, ,由能量守恒定律得由能量守恒定律得 m mv v0 02 2=mgh+=mgh+1010Q Q而而MNMN在以速度在以速度v v上滑時上滑時, ,產生的瞬時感應電動勢產生的瞬時感應電動勢E=E=BLBLv v. .所所以以, ,整個電路的瞬時熱功率整個電路的瞬時熱功率為為 . .

32、可見可見, ,當當MNMN的運動速度的運動速度v v為最大速度為最大速度v v0 0時時, ,整個電路的瞬時整個電路的瞬時熱功率為最大值熱功率為最大值P Pmaxmax, ,即即P Pmaxmax= ,= ,解以解以上幾式得上幾式得P Pmaxmax= =答案答案RLBREP522222v總RLB522022v.5)10(422mRQmghLB.5)10(422mRQmghLB21閱卷現場閱卷現場閱卷手記閱卷手記 本章知識考點包括電磁感應現象、自感現象、感應本章知識考點包括電磁感應現象、自感現象、感應電動勢、磁通量的變化率等基本概念電動勢、磁通量的變化率等基本概念, ,以及法拉第電磁感以及法拉

33、第電磁感應定律、楞次定律、右手定則等規(guī)律應定律、楞次定律、右手定則等規(guī)律. .本章涉及到的基本本章涉及到的基本方法方法, ,要求能夠從空間想象的角度理解法拉第電磁感應定要求能夠從空間想象的角度理解法拉第電磁感應定律；用畫圖的方法將題目中所敘述的電磁感應現象表示律；用畫圖的方法將題目中所敘述的電磁感應現象表示出來；能夠將電磁感應現象的實際問題抽象成直流電路出來；能夠將電磁感應現象的實際問題抽象成直流電路的問題；能夠用能量轉化和守恒的觀點分析解決電磁感的問題；能夠用能量轉化和守恒的觀點分析解決電磁感應問題；會用圖象表示電磁感應的物理過程應問題；會用圖象表示電磁感應的物理過程, ,也能夠識別也能夠識

34、別電磁感應問題的圖象電磁感應問題的圖象. .從能力考查上看從能力考查上看, ,因為這一章是一因為這一章是一個力、電、磁的突出結合點個力、電、磁的突出結合點, ,因此成為高中物理的一個因此成為高中物理的一個能力要求的高峰能力要求的高峰, ,是高考中的熱點和難點是高考中的熱點和難點. . 在本章知識應用的過程中在本章知識應用的過程中, ,試卷中常犯的錯誤主要試卷中常犯的錯誤主要表現在：概念理解不準確；空間想象出現錯誤；運用楞表現在：概念理解不準確；空間想象出現錯誤；運用楞次定律和法拉第電磁感應定律時次定律和法拉第電磁感應定律時, ,操作步驟不規(guī)范；不操作步驟不規(guī)范；不會運用圖象法來研究處理會運用圖

35、象法來研究處理, ,綜合運用電路知識時將等效綜合運用電路知識時將等效電路圖畫錯電路圖畫錯. .易錯點實例分析易錯點實例分析29.29.不能準確判斷圖象的變化產生的錯誤不能準確判斷圖象的變化產生的錯誤【試題回放試題回放】 如圖如圖1(a)1(a)所示所示, ,面積為面積為0.01 m0.01 m2 2、電阻為、電阻為0.1 0.1 的正方的正方形形 導線框放在勻強磁場中導線框放在勻強磁場中, ,磁場方向與線框平面垂直磁場方向與線框平面垂直. .磁磁 感應強度感應強度B B隨時間隨時間t t的變化圖線如圖的變化圖線如圖( (b).b).t t=0=0時刻時刻, ,磁感應磁感應 強度的方向垂直于紙面

36、向里強度的方向垂直于紙面向里. .在在1 s1 s末線框中感應電流末線框中感應電流 的大小為的大小為 A.A.若規(guī)定水平向左為正方向若規(guī)定水平向左為正方向, ,請請在在 圖圖(c)(c)中定性畫出前中定性畫出前4 s4 s內內abab邊所受的安培力邊所受的安培力F F隨時間隨時間t t 的變化圖線的變化圖線. .【錯解分析錯解分析】 本題出現錯誤的主要原因本題出現錯誤的主要原因是畫圖象時沒有考慮到磁感應是畫圖象時沒有考慮到磁感應強度的變化強度的變化, ,誤認為安培力為恒誤認為安培力為恒力力. .錯解如下：根據法拉第電磁感應定律錯解如下：根據法拉第電磁感應定律E E= =n nI I=0.2 A

37、,=0.2 A,則則F F= =ILBILB=0.2=0.20.10.12 N=0.4 N,2 N=0.4 N,得出錯誤的圖得出錯誤的圖象如圖所示象如圖所示. .圖圖1 1V,02. 0t【正確答案正確答案】 線圈中的磁通量發(fā)生變化線圈中的磁通量發(fā)生變化, ,磁通量的變化率不變磁通量的變化率不變, ,產產生的感應電動勢不變生的感應電動勢不變, , 根據法拉第電磁感應定律根據法拉第電磁感應定律E E= = n n 得得E E=0.02 V,=0.02 V,I I=0.2 A.=0.2 A. 線圈中產生感應電流線圈中產生感應電流, ,abab受到安培力的作用受到安培力的作用, ,但由但由于于磁感應

38、強度是變化的磁感應強度是變化的, ,所以所以abab邊受到的安培力是變化的邊受到的安培力是變化的. .若規(guī)定向左為正方向若規(guī)定向左為正方向, ,根據根據F F= =ILBILB, ,安培力與安培力與B B成正比成正比,01 s,01 s安培力正安培力正向減小向減小,12 s,12 s安培力為反向增大安培力為反向增大, ,23 s23 s為正向減小為正向減小,34 s,34 s為反向增為反向增大大. .F Ft t圖象如圖所示圖象如圖所示. .V,02. 0t 圖象類問題是高考考查的熱點內容圖象類問題是高考考查的熱點內容, ,在歷年的高在歷年的高考考試卷中常常有所體現試卷中常常有所體現, ,但在

39、考查過程中錯誤率也較高但在考查過程中錯誤率也較高, ,主主要體現在有些同學對坐標軸上的單位沒有弄清楚要體現在有些同學對坐標軸上的單位沒有弄清楚, ,對物對物理量在變化過程中的大小、正負沒有分析清楚理量在變化過程中的大小、正負沒有分析清楚. .解答圖解答圖象問題的關鍵是正確的過程分析象問題的關鍵是正確的過程分析, ,只有明確各物理量隨只有明確各物理量隨時間時間( (或位置等或位置等) )變化的情況變化的情況, ,才可能選擇或畫出正確的圖才可能選擇或畫出正確的圖象象. .30.30.由于對電磁感應中的電路結構分析不當造成的錯誤由于對電磁感應中的電路結構分析不當造成的錯誤【試題回放試題回放】 如圖如

40、圖2 2甲所示甲所示, ,兩根電阻不計的光滑平行金屬導軌水平兩根電阻不計的光滑平行金屬導軌水平固定放置固定放置, ,間距為間距為d d=0.5 m,=0.5 m,左端連接一個阻值為左端連接一個阻值為R R=2 =2 的的電阻電阻, ,右端連接一個阻值為右端連接一個阻值為R RL L=4 =4 的小燈泡的小燈泡, ,在矩形區(qū)域在矩形區(qū)域CDEFCDEF內有豎直向上的勻強磁場內有豎直向上的勻強磁場, ,磁感應強度磁感應強度B B隨時間按隨時間按圖乙所示規(guī)律變化圖乙所示規(guī)律變化, ,CECE長為長為x x=2 m.=2 m.在在t t=0=0時刻時刻, ,一阻值為一阻值為r r=2 =2 的金屬棒在

41、恒力的金屬棒在恒力F F作用下由靜止開始從圖示的作用下由靜止開始從圖示的abab位置沿導軌向右運動位置沿導軌向右運動, ,金屬棒從金屬棒從abab運動到運動到EFEF的過程中的過程中, ,小小燈泡的亮度始終沒有發(fā)生變化燈泡的亮度始終沒有發(fā)生變化, ,求：求：(1)(1)通過小燈泡的電流通過小燈泡的電流. .(2)(2)恒力恒力F F的大小的大小. .(3)(3)金屬棒的質量金屬棒的質量. .圖圖2 2【錯解分析錯解分析】 本題出現的主要錯誤是沒有分析清楚金屬棒在進本題出現的主要錯誤是沒有分析清楚金屬棒在進入磁場前后電路的結構變化入磁場前后電路的結構變化, ,認為金屬棒始終是認為金屬棒始終是“電

42、電源源”, ,電阻與燈泡并聯電阻與燈泡并聯, ,導致回路電阻計算及后續(xù)計算導致回路電阻計算及后續(xù)計算的錯誤；其次的錯誤；其次, ,還有部分學生認為金屬棒始終要受到還有部分學生認為金屬棒始終要受到安培力作用安培力作用, ,不能從圖乙中準確獲取相關信息不能從圖乙中準確獲取相關信息, ,給給(2)(2)(3)(3)兩問的計算造成障礙兩問的計算造成障礙. .【正確答案正確答案】(1)(1)金屬棒未進入磁場時金屬棒未進入磁場時, ,R R總總= =R RL L+ =5 + =5 電路中電動勢電路中電動勢E E1 1= =通過小燈泡的電流通過小燈泡的電流(2)(2)因為小燈泡亮度不變因為小燈泡亮度不變,

43、,故故4 s4 s末金屬棒進入磁場時剛好末金屬棒進入磁場時剛好勻速運動勻速運動, ,此時金屬棒中的電流此時金屬棒中的電流由平衡條件有由平衡條件有F F= =F FA A= =BIdBId=0.3 N.=0.3 N.RrrRV5 . 0 xdtBtA1 . 0A55 . 01總REILA3 . 0LLLLRRIIIIIR(3)(3)金屬棒進入磁場后電路中電動勢金屬棒進入磁場后電路中電動勢可得金屬棒勻速運動的速度可得金屬棒勻速運動的速度v v= =1 = =1 m/sm/s, ,則則 電路結構分析是解答此題的基礎電路結構分析是解答此題的基礎, ,復雜一點的電復雜一點的電磁磁感應問題一般都會涉及電路

44、結構分析感應問題一般都會涉及電路結構分析, ,本題電路看起來本題電路看起來簡單簡單, ,使得部分學生粗心大意使得部分學生粗心大意, ,不仔細審題不仔細審題, ,在不清楚電路在不清楚電路結構的情況下貿然解答結構的情況下貿然解答, ,導致錯誤導致錯誤. .vBdERRRRrIE2LL2V,1)(又因BdE2.kg2 . 1,m/s25. 002aFmta故v31.31.動態(tài)電磁感應問題中的常見錯誤動態(tài)電磁感應問題中的常見錯誤 【試題回放試題回放】 如圖如圖3 3所示所示, ,一個一個U U形導體框架形導體框架, ,其寬度其寬度 L L=1 m,=1 m,框架所在平面與水平面的夾用框架所在平面與水平

45、面的夾用 =30=30. .其電阻可忽略不計其電阻可忽略不計. .設勻強磁設勻強磁 場與場與U U形框架的平面垂直形框架的平面垂直. .勻強磁場的勻強磁場的 磁感強度磁感強度B B0.2 T.0.2 T.今有一條形導體今有一條形導體abab, ,其質量為其質量為m m0.5 0.5 kg,kg, 有效電阻有效電阻R R=0.1 ,=0.1 ,跨接在跨接在U U形框架上形框架上, ,并且能無摩擦地滑并且能無摩擦地滑 動動, ,求求: : (1) (1)由靜止釋放導體由靜止釋放導體, ,導體導體abab下滑的最大速度下滑的最大速度v vm m. . (2) (2)在最大速度在最大速度v vm m時

46、時, ,在在abab上釋放的電功率上釋放的電功率.(.(g g=10 m/s=10 m/s2 2) )圖圖3 3【錯解分析錯解分析】 錯解一：錯解一： (1)(1)abab導體下滑過程中受到重力導體下滑過程中受到重力G G和框和框 架的支持力架的支持力F FN N, ,如圖所示如圖所示. . 根據牛頓第二定律根據牛頓第二定律 F F= =mama mgmgsinsin = =mama a a= =g gsinsin 導體的初速度為導體的初速度為v v0 0=0,=0,導體做勻加速直線運動導體做勻加速直線運動, ,由運動由運動學學 公式公式v v= =v v0 0+ +atat=5=5t t隨著

47、隨著t t的增大的增大, ,導體的速度導體的速度v v增大增大v vm m由由=BLBLv v可知可知當當v vm m,電功率電功率p p錯解二：當導體所受合力為零時錯解二：當導體所受合力為零時, ,導體速度達到最大值導體速度達到最大值. .(1)(1)導體導體abab受受G G和框架的支持力和框架的支持力F FN N, ,而做加速運動而做加速運動由牛頓第二定律由牛頓第二定律mgmgsinsin 30 30= =mamaa a= =g gsinsin 30 30RRIP2但是導體從靜止開始運動后但是導體從靜止開始運動后, ,就會產生感應電動勢就會產生感應電動勢, ,回回路中就會有感應電流路中就

48、會有感應電流, ,感應電流使得導體受到磁場的感應電流使得導體受到磁場的安培力的作用安培力的作用. .設安培力為設安培力為F FA A. .隨著速度隨著速度v v的增加的增加, ,加速度加速度a a逐漸減小逐漸減小. .當當a a=0=0時時, ,速度速度v v有最大值有最大值mRLBgaFmgFRLBLRBBILF30sin30sin30sin30sin22A22Avv合m/s522mLBmgRv分析導體分析導體abab下滑過程中物理量變化的因果關系是求下滑過程中物理量變化的因果關系是求abab導體下滑最大速度的關鍵導體下滑最大速度的關鍵. .錯解一：正是由于對電磁現象規(guī)律和力與運動的關系錯解

49、一：正是由于對電磁現象規(guī)律和力與運動的關系理解不夠理解不夠, ,錯誤地分析出錯誤地分析出abab導體在下滑過程中做勻加速導體在下滑過程中做勻加速運動運動. .實際上實際上, ,導體導體abab只要有速度只要有速度, ,就會產生感應電動勢就會產生感應電動勢, ,感應電流在磁場中受到安培力的作用感應電流在磁場中受到安培力的作用. .安培力隨速度的安培力隨速度的增加而增大增加而增大, ,且安培力的方向與速度方向相反且安培力的方向與速度方向相反, ,導體做加導體做加速度逐漸減小的變加速直線運動速度逐漸減小的變加速直線運動. .錯解二：分析過程是正確的錯解二：分析過程是正確的, ,但是把導體下滑時產生的

50、但是把導體下滑時產生的電動勢寫錯了公式電動勢寫錯了公式,=,=BLBLv vsinsin 30 30中中3030是錯誤的是錯誤的. .=BLBLv vsinsin 中的中的 角應為磁感強度角應為磁感強度B B與速度與速度v v的夾角的夾角. .本題中本題中 =90=90. .【正確答案正確答案】(1)(1)導體導體abab受受G G和框架的支持力和框架的支持力F FN N, ,而做加速運動由牛頓而做加速運動由牛頓第二定律第二定律mgmgsinsin 30 30= =mamaa a= =g gsinsin 30 30=5 m/s=5 m/s2 2但是導體從靜止開始運動后但是導體從靜止開始運動后,

51、 ,就會產生感應電動勢就會產生感應電動勢, ,回路回路中就會有感應電流中就會有感應電流, ,感應電流使得導體受到磁場的安培感應電流使得導體受到磁場的安培力的作用力的作用. .設安培力為設安培力為F FA AmRLBgamaFmgFRLBLRBBILF90sin30sin30sin30sin22A22Avv合隨著速度隨著速度v v的增加的增加, ,加速度加速度a a逐漸減小逐漸減小. .當當a a=0=0時時, ,速度速度v v有最大值有最大值(2)(2)在導體在導體abab的速度達到最大值時的速度達到最大值時, ,電阻上釋放的電功率電阻上釋放的電功率m/s5 . 230sin22mLBmgRvW5 . 22m222RLBRIPv返回返回