高考物理二轮复习 第三篇 计算题 热点20 电磁学综合题二电磁感应中三大观点的应用精练含解析-人教版高三物理试题VIP免费

热点20电磁学综合题(二)电磁感应中三大观点的应用热考题型题型一电磁感应中动力学观点的应用近几年课标卷计算题中对电磁感应的综合应用问题考查频繁,从命题形式上看,多以“杆+导轨”模型或者线圈切割磁感线模型为载体,重点考查电磁感应与电路、图象、动力学和能量转化等知识结合起来应用的问题。1.如图所示,间距l=0.3m的平行金属导轨a1b1c1和a2b2c2分别固定在两个竖直面内。在水平面a1b1b2a2区域内和倾角θ=37°的斜面c1b1b2c2区域内分别有磁感应强度B1=0.4T、方向竖直向上和B2=1T、方向垂直于斜面向上的匀强磁场。电阻R=0.3Ω、质量m1=0.1kg、长为l的相同导体杆K、S、Q分别放置在导轨上,S杆的两端固定在b1、b2点,K、Q杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好。一端系于K杆中点的轻绳平行于导轨绕过光滑轻质定滑轮自然下垂,绳上穿有质量m2=0.05kg的小环。已知小环以a=6m/s2的加速度沿绳下滑,K杆保持静止,Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力F作用下匀速运动。不计导轨电阻和滑轮摩擦,绳不可伸长。取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求(1)小环所受摩擦力的大小;(2)Q杆所受拉力的瞬时功率。答案(1)0.2N(2)2W解析(1)以小环为研究对象,由牛顿第二定律得m2g-Ff=m2a代入数据得Ff=0.2N(2)设流过杆K的电流为I,由平衡条件得IlB1=FT=Ff对杆Q,根据并联电路特点以及平衡条件得2IlB2=F+m1gsinθ由法拉第电磁感应定律得E=B2lv根据欧姆定律有I=ER总且R总=R2+R瞬时功率表达式为P=Fv联立以上各式得P=2W题型二电磁感应中的运动综合问题电磁感应的综合问题,涉及力学知识(如牛顿运动定律、功、动能定理和能量守恒定律等)、电学知识(如法拉第电磁感应定律、楞次定律、直流电路、磁场等)多个知识点,是历年高考的重点、难点和热点,考查的知识主要包括感应电动势大小的计算(法拉第电磁感应定律)和方向的判定(楞次定律和右手定则),常将电磁感应与电路规律、力学规律、磁场规律、功能关系、数学函数与图象等综合考查,难度一般较大。解答电磁感应与力和能量的综合问题,要明确三大综合问题,即变速运动与平衡、通过导体截面的电荷量及系统的能量转化,解决这些问题获取高分需掌握受力分析、牛顿运动定律、运动学相关规律、功能关系等知识。(1)利用牛顿第二定律的瞬时性分析金属棒(线框)的受力情况和运动性质,明确金属棒(线框)的加速度与力瞬时对应,速度的变化引起安培力的变化反过来又导致加速度变化。(2)功能关系在电磁感应中的应用是最常见的,金属棒(线框)所受各力做功情况的判定及能量状态的判定是获取高分的关键,特别是安培力做功情况的判定。2.如图所示,足够长的粗糙斜面与水平面成θ=37°角放置,在斜面上虚线aa'和bb'与斜面底边平行,且间距为d=0.1m,在aa'、bb'围成的区域内有垂直斜面向上的有界匀强磁场,磁感应强度为B=1T;现有一质量为m=10g、总电阻为R=1Ω、边长也为d=0.1m的正方形金属线圈MNPQ,其初始位置PQ边与aa'重合,现让金属线圈以一定初速度沿斜面向上运动,当金属线圈从最高点返回到磁场区域时,线圈刚好做匀速直线运动。已知线圈与斜面间的动摩擦因数为μ=0.5,不计其他阻力,求:(取sin37°=0.6,cos37°=0.8)(1)线圈向下返回到磁场区域时的速度;(2)线圈向上离开磁场区域时的动能;(3)线圈向下通过磁场区域过程中,线圈中产生的焦耳热。答案(1)2m/s(2)0.1J(3)0.004J解析(1)金属线圈向下进入磁场时,有mgsinθ=μmgcosθ+F安其中F安=BId,I=ER,E=Bdv解得v=2m/s(2)设最高点离bb'的距离为x,则v2=2ax,mgsinθ-mgμcosθ=ma根据动能定理有Ek1-Ek=mgμcosθ·2x,其中Ek=12mv2解得Ek1=0.1J(3)向下匀速通过磁场区域过程中,有mgsinθ·2d-μmgcosθ·2d+W安=0Q=-W安解得Q=0.004J跟踪集训1.间距为L=2m的足够长的金属直角导轨如图甲所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面。质量均为m=0.1kg的金属细杆ab、cd与导轨垂直放置形成闭合回路。杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ=0.5,导轨的电阻不计,细杆ab、cd的电阻分别为R1=0.6Ω,R2=0.4Ω。整个装置处于磁感应强度大小为B=0.50T、方向竖直向上的匀强磁场中(图中未画出)。当ab在平行于水平导轨的拉力F作用下从静止开始沿导轨匀加速运动时,cd杆也同时从静止开始...