高中物理電磁感應(yīng)教案

解決電磁感應(yīng)與力學(xué)。

解決電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合問題的思維方法
我們知道電磁感應(yīng)的物理過程中產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)，從而可以把問題轉(zhuǎn)化為電路問題．而如果在置于磁場(chǎng)的電路中，又有一部分可移動(dòng)的通電導(dǎo)體，則導(dǎo)體可能在磁場(chǎng)力的作用下而運(yùn)動(dòng)，因此在運(yùn)動(dòng)圖景中構(gòu)成電磁感應(yīng)與力學(xué)的自然結(jié)合問題．力電綜合問題是對(duì)綜合能力和分析問題解決問題的能力要求非常高的一類問題，我們?cè)谘芯繒r(shí)可以牢牢地把握以下宗旨，以不變應(yīng)萬變．
解決電磁感應(yīng)與力學(xué)綜合的問題的一般思路是先電后力．即①、源的分析——分離出電路中由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源，求出電源參數(shù)ε、r；②、路的分析——分析電路結(jié)構(gòu)，弄清串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，求出相關(guān)部分的電流強(qiáng)度，以便安培力的求解；③、力的分析——分析力學(xué)研究對(duì)象(金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況，尤其注意其所受的電場(chǎng)與磁場(chǎng)力；④、運(yùn)動(dòng)分析——根據(jù)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，抽象出運(yùn)動(dòng)模型要素，建立運(yùn)動(dòng)模型；⑤、能量分析——尋找電磁感應(yīng)過程和力學(xué)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過程中其能量轉(zhuǎn)化和守恒的關(guān)系．

例1：兩根光滑的金屬導(dǎo)軌，平行放置在傾角為θ的斜面上，導(dǎo)軌的左端接有電阻R，導(dǎo)軌自身的電阻可忽略不計(jì)．斜面處在一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上．質(zhì)量為m、電阻可不計(jì)的金屬棒ab，在沿著斜面、與棒垂直的恒力F作用下沿導(dǎo)軌勻速上滑，并上升h高度，如圖所示，在這過程中()．
A、作用在金屬棒上的各個(gè)力的合力所作的功等于零
B、作用在金屬棒上的各個(gè)力的合力所作的功等于mgh與電阻R上發(fā)出的焦耳熱之和
C、恒力F與安培力的合力所作的功等于零
D、恒力F與重力的合力所作的功等于電阻R上發(fā)出的焦耳熱

例2：如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻r＝0.3Ω，質(zhì)量m＝0.1kg，金屬棒CD垂直跨擱在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌間距也是L，棒與導(dǎo)軌間接觸良好，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，導(dǎo)軌左端接有R＝0.5Ω的電阻，量程為0～3.0A的電流表串接在一條導(dǎo)軌上，量程為0～1.0V的電壓表接在電阻R的兩端，垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)向下穿過平面．現(xiàn)以向右恒定外力F使金屬棒右移．當(dāng)金屬棒以v＝2m／s的速度在導(dǎo)軌平面上勻速滑動(dòng)時(shí)，觀察到電路中的一個(gè)電表正好滿偏，而另一個(gè)電表未滿偏．問：
(1)、此滿偏的電表是什么表?說明理由．(2)、拉動(dòng)金屬棒的外力F多大?
(3)、此時(shí)撤去外力F，金屬棒將逐漸慢下來，最終停止在導(dǎo)軌上．求從撒去外力到金屬棒停止運(yùn)動(dòng)的過程中通過電阻R的電量．

例3：如圖所示，MN、PQ為兩平行金屬導(dǎo)軌，M、P中有一阻值為R的電阻，導(dǎo)軌處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)方向?yàn)榕c導(dǎo)軌所示平面垂直，圖中磁場(chǎng)垂直紙面向里．有一金屬圓環(huán)沿兩導(dǎo)軌滑動(dòng)，速度為v，與導(dǎo)軌接觸良好，圓環(huán)的直徑d與兩導(dǎo)軌間的距離相等．設(shè)金屬環(huán)與導(dǎo)軌的電阻均可忽略．當(dāng)金屬環(huán)向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)()．
A、有感應(yīng)電流通過電阻R，大小為
B、有感應(yīng)電流通過電阻R，大小為
C、有感應(yīng)電流通過電阻R，大小為
D、沒有感應(yīng)電流通過電阻RjaB88.com

例4：把總電阻為2R的均勻電阻絲焊成一半徑為a的圓環(huán)，水平固定在豎直向下的磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，一長(zhǎng)度為2a，電阻等于R，粗細(xì)均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上，它與圓環(huán)始終保持良好的電接觸．當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動(dòng)，經(jīng)過環(huán)心O時(shí)，求
(1)、棒上電流的大小和方向，及棒兩端的電壓UMN．
(2)、在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總功率

例5：如圖，電阻為2R的金屬環(huán)，沿直徑裝有一根長(zhǎng)為L(zhǎng)，電阻為R的金屬桿．現(xiàn)讓金屬環(huán)的一半處在磁感強(qiáng)度為B、垂直環(huán)面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，讓金屬環(huán)在外力驅(qū)動(dòng)下，繞中心軸O以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求外力驅(qū)動(dòng)金屬環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的功率(軸的摩擦不計(jì))

例6：如圖所示，平行導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)，左端接阻值為R的電阻，右端接電容為C的電容器，并處于磁感強(qiáng)度為B、方向垂直導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．長(zhǎng)為2L的導(dǎo)體Oa，以角速度ω繞O轉(zhuǎn)過90°．求全過程中，通過電阻R的電量是多少?

延伸閱讀

電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題

第四課時(shí)電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題
【知識(shí)要點(diǎn)回顧】
1.基本思路
①用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向；
②求回路電流；
③分析導(dǎo)體受力情況（包含安培力，用左手定則確定其方向）；
④列出動(dòng)力學(xué)方程或平衡方程并求解．
2.動(dòng)態(tài)問題分析
(1)由于安培力和導(dǎo)體中的電流、運(yùn)動(dòng)速度均有關(guān)，所以對(duì)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析十分必要，當(dāng)磁場(chǎng)中導(dǎo)體受安培力發(fā)生變化時(shí)，導(dǎo)致導(dǎo)體受到的合外力發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致加速度、速度等發(fā)生變化；反之，由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化又引起感應(yīng)電流、安培力、合外力的變化，這樣可能使導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)．
(2)思考路線：導(dǎo)體受力運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→通電導(dǎo)體受安培力→合外力變化→加速度變化→速度變化→最終明確導(dǎo)體達(dá)到何種穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．分析時(shí)，要畫好受力圖，注意抓住a＝0時(shí)速度v達(dá)到最值的特點(diǎn)．
【要點(diǎn)講練】
［例１］如圖所示，在一均勻磁場(chǎng)中有一U形導(dǎo)線框abcd，線框處于水平面內(nèi)，磁場(chǎng)與線框平面垂直，R為一電阻，ef為垂直于ab的一根導(dǎo)體桿，它可在ab、cd上無摩擦地滑動(dòng).桿ef及線框中導(dǎo)線的電阻都可不計(jì).開始時(shí)，給ef一個(gè)向右的初速度，則（）
A.ef將減速向右運(yùn)動(dòng)，但不是勻減速
B.ef將勻減速向右運(yùn)動(dòng)，最后停止
C.ef將勻速向右運(yùn)動(dòng)
D.ef將往返運(yùn)動(dòng)
［例2］如圖甲所示，兩根足夠長(zhǎng)的直金屬導(dǎo)軌MN、PQ平行放置在傾角為的絕緣斜面上，兩導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)．M、P兩點(diǎn)間接有阻值為R的電阻．一根質(zhì)量為m的均勻直金屬桿ab放在兩導(dǎo)軌上，并與導(dǎo)軌垂直．整套裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直斜面向下．導(dǎo)軌和金屬桿的電阻可忽略．讓ab桿沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑，導(dǎo)軌和金屬桿接觸良好，不計(jì)它們之間的摩擦．
（1）由b向a方向看到的裝置如圖乙所示，請(qǐng)?jiān)诖藞D中畫出ab桿下滑過程中某時(shí)刻的受力示意圖．
（2）在加速下滑過程中，當(dāng)ab桿的速度大小為v時(shí)，求此時(shí)ab桿中的電流及其加速度的大小；
（3）求在下滑過程中，ab桿可以達(dá)到的速度最大值．

［例3］如圖所示，兩條互相平行的光滑導(dǎo)軌位于水平面內(nèi)，距離為l＝0.2m，在導(dǎo)軌的一端接有阻值為R＝0.5Ω的電阻，在x≥0處有一水平面垂直的均勻磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T．一質(zhì)量為m＝0.1kg的金屬直桿垂直放置在導(dǎo)軌上，并以v0＝2m/s的初速度進(jìn)入磁場(chǎng)，在安培力和一垂直于直桿的水平外力F的共同作用下做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小為a＝2m/s2、方向與初速度方向相反．設(shè)導(dǎo)軌和金屬桿的電阻都可以忽略，且連接良好．求：
（1）電流為零時(shí)金屬桿所處的位置；
（2）電流為最大值的一半時(shí)施加在金屬桿上外力F的大小和方向；
（3）保持其他條件不變，而初速度v0取不同值，求開始時(shí)F的方向與初速度v0取得的關(guān)系．

［例4］如圖所示，水平面上有兩電阻不計(jì)的光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d為0.5米，左端通過導(dǎo)線與阻值為2歐姆的電阻R連接，右端通過導(dǎo)線與阻值為4歐姆的小燈泡L連接；在CDEF矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上均勻磁場(chǎng)，CE長(zhǎng)為2米，CDEF區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B如圖所示隨時(shí)間t變化；在t=0s時(shí)，一阻值為2歐姆的金屬棒在恒力F作用下由靜止從AB位置沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒從AB位置運(yùn)動(dòng)到EF位置過程中，小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化．求：
（1）通過的小燈泡的電流強(qiáng)度；
（2）恒力F的大?。?br> （3）金屬棒的質(zhì)量．

例5．如圖所示，有兩根和水平方向成．角的光滑平行的金屬軌道，上端接有可變電阻R，下端足夠長(zhǎng)，空間有垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為及一根質(zhì)量為m的金屬桿從軌道上由靜止滑下．經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，金屬桿的速度會(huì)趨近于一個(gè)最大速度vm，則()
A．如果B增大，vm將變大
B．如果α變大，vm將變大
C．如果R變大，vm將變大
D．如果m變小，vm將變大
例6．如圖所示，A線圈接一靈敏電流計(jì)，B線框放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，B線框的電阻不計(jì)，具有一定電阻的導(dǎo)體棒可沿線框無摩擦滑動(dòng)，今用一恒力F向右拉CD由靜止開始運(yùn)動(dòng)，B線框足夠長(zhǎng)，則通過電流計(jì)中的電流方向和大小變化是（）
A．G中電流向上，強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)
B．G中電流向下，強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)
C．G中電流向上，強(qiáng)度逐漸減弱，最后為零
D．G中電流向下，強(qiáng)度逐漸減弱，最后為零
例7．如圖所示，一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形閉合導(dǎo)線框，下落中穿過一寬度為d(d＞L)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，設(shè)導(dǎo)線框在穿過磁場(chǎng)區(qū)的過程中，不計(jì)空氣阻力，它的上下兩邊保持水平，線框平面始終與磁場(chǎng)方向垂直做加速運(yùn)動(dòng)，若線框在位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ時(shí)，其加速度a1，a2，a3的方向均豎直向下，則（）
A．a(chǎn)1=a3＜g，a2=g
B．a(chǎn)1=a3＜g，a2=0
C．a(chǎn)1＜a3＜g，a2=g
D．a(chǎn)3＜a1＜g，a2=g
例8．如圖所示，處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ＝37o角，下端連接阻值為R的電阻，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，質(zhì)量為0.2kg，電阻不計(jì)的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25．
（1）求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時(shí)的加速度大小；
（2）當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，電阻R消耗的功率為8W，求該速度的大??；
（3）在上問中，若R＝2Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與方向．（g＝10m/s2，sin37o＝0.6，cos37o＝0.8）

電磁感應(yīng)現(xiàn)象

經(jīng)驗(yàn)告訴我們，成功是留給有準(zhǔn)備的人。高中教師要準(zhǔn)備好教案，這是高中教師需要精心準(zhǔn)備的。教案可以讓上課時(shí)的教學(xué)氛圍非?；钴S，減輕高中教師們?cè)诮虒W(xué)時(shí)的教學(xué)壓力。您知道高中教案應(yīng)該要怎么下筆嗎？以下是小編為大家收集的“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”歡迎您閱讀和收藏，并分享給身邊的朋友！

教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
1、知道磁通量的定義，公式的適用條件，會(huì)用這一公式進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算．
2、知道什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象．
3、理解“不論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生”．
4、知道能量守恒定律依然適用于電磁感應(yīng)現(xiàn)象．

能力目標(biāo)
1、通過實(shí)驗(yàn)的觀察和分析，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析問題的能力．

情感目標(biāo)
1、學(xué)生認(rèn)識(shí)“從個(gè)性中發(fā)現(xiàn)共性，再?gòu)墓残灾欣斫鈧€(gè)性，從現(xiàn)象認(rèn)識(shí)本質(zhì)以及事物有普遍聯(lián)系的辨證唯物主義觀點(diǎn)．

教學(xué)建議

關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的教學(xué)分析
1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象
利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。
2．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件
①當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流。
②當(dāng)磁體相對(duì)靜止的閉合電路運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流．
③當(dāng)磁體和閉合電路都保持靜止，而使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生改變時(shí)，電路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流．
其實(shí)上述①、②兩種情況均可歸結(jié)為穿過閉合電路的磁通量發(fā)生改變，所以，不論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生．
3．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量守恒
電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能不是憑空產(chǎn)生的，它們或者是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，或者是電能在不同電路中的轉(zhuǎn)移，電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵循能量守恒定律．

教法建議
1、課本中得出結(jié)論后的思考與討論，是一個(gè)進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生手腦并用、獨(dú)立思考，全面認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的題目，教師可根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況引導(dǎo)學(xué)生思考和討論．
2、本節(jié)課文的最后分析了兩種情況下電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化，這不但能從能量的觀點(diǎn)讓學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)有明確的認(rèn)識(shí)，而且進(jìn)一步強(qiáng)化了能量守恒定律的普遍意義．有條件的，可以由教師引導(dǎo)學(xué)生自行分析，以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立分析問題的能力．

教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn)，而正確理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)．由于學(xué)生在初中時(shí)已經(jīng)接觸過相關(guān)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，因此在講解電流的產(chǎn)生時(shí)可以讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，如果條件允許可以讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，并在教師引導(dǎo)下進(jìn)行分組討論，教師可以通過問題的設(shè)計(jì)來引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，例如：對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格的設(shè)計(jì)以及相關(guān)問題的探討，讓學(xué)生明白感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件．正確理解感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件．

電磁感應(yīng)現(xiàn)象教學(xué)設(shè)計(jì)方案

教學(xué)目的：

1、知道磁通量的定義，知道磁通量的國(guó)際單位，知道公式的適用條件，會(huì)用公式計(jì)算．

2、啟發(fā)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從中分析歸納通過磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的條件．

3、通過實(shí)驗(yàn)的觀察和分析，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析問題的能力．

教學(xué)重點(diǎn)：感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件

教學(xué)難點(diǎn)：正確理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件．

教學(xué)儀器：電池組，電鍵，導(dǎo)線，大磁針，矩形線圈，碲形磁鐵，條形磁鐵，原副線圈，演示用電流表等．

教學(xué)過程：

一、教學(xué)引入：

在磁可否生電這個(gè)問題上，英國(guó)物理學(xué)家法拉第堅(jiān)信，電與磁決不孤立，有著密切的聯(lián)系．為此，他做了許多實(shí)驗(yàn)，把導(dǎo)線放在各種磁場(chǎng)中想得到電流需要一定的條件，他以堅(jiān)韌不拔的意志歷時(shí)10年，終于找到了這個(gè)條件，從而開辟了物理學(xué)又一嶄新天地．

電磁感應(yīng)現(xiàn)象：

二、教學(xué)內(nèi)容

1、磁通量（）

復(fù)習(xí)：磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念

引入：教師：我們知道，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱（即磁感應(yīng)強(qiáng)度）可以用磁感線的疏密來表示．如果一個(gè)面積為的面垂直一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)放置，則穿過這個(gè)面的磁感線的條數(shù)就是確定的．我們把與的乘積叫做穿過這個(gè)面的磁通量．

（1）定義：面積為，垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)放置，則與乘積,叫做穿過這個(gè)面的磁通量，用Φ表示．

（2）公式：

（3）單位：韋伯（Wb）1Wb=1T·m2

磁通量就是表示穿過這個(gè)面的磁感線條數(shù)．

注意強(qiáng)調(diào)：

①只要知道勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和所討論面的面積，在面與磁場(chǎng)方向垂直的條件下（不垂直可將面積做垂直磁場(chǎng)方向上的投影．）磁通量是表示穿過討論面的磁感線條數(shù)的多少．在今后的應(yīng)用中往往根據(jù)穿過面的凈磁感線條數(shù)的多少定性判斷穿過該面的磁通量的大?。绻霉絹碛?jì)算磁通量，但是只適合于勻強(qiáng)磁場(chǎng)．

②磁通量是標(biāo)量，但是有正負(fù)之分，磁感線穿過某一個(gè)平面，要注意是從哪一面穿入，哪一面穿出．

2、電磁感應(yīng)現(xiàn)象：

內(nèi)容引入：奧斯特實(shí)驗(yàn)架起了一座連通電和磁的橋梁，此后人們對(duì)電能生磁已深信不疑，但磁能否生電呢？

在磁可否生電這個(gè)問題上，英國(guó)物理學(xué)家法拉第堅(jiān)信，電與磁決不孤立，有著密切的聯(lián)系．為此，他做了許多實(shí)驗(yàn)，把導(dǎo)線放在各種磁場(chǎng)中想得到電流需要一定的條件，他以堅(jiān)韌不拔的意志歷時(shí)10年，終于找到了這個(gè)條件，從而開辟了物理學(xué)又一嶄新天地．

3、實(shí)驗(yàn)演示

實(shí)驗(yàn)1：學(xué)生實(shí)驗(yàn)——導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁力線的運(yùn)動(dòng)

觀察現(xiàn)象：AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，可見電流表指針偏轉(zhuǎn)．

學(xué)生得到初步結(jié)論：當(dāng)閉合回路中的部分導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中有了電流．

現(xiàn)象分析：如圖1導(dǎo)體不切割磁力線時(shí)，電路中沒有電流；而切割磁力線時(shí)閉合電路中有電流．回憶磁通量定義（師生討論）對(duì)閉合回路而言，所處磁場(chǎng)未變，僅因?yàn)锳B的運(yùn)動(dòng)使回路在磁場(chǎng)中部分面積變了，使穿過回路的磁通變化，故回路中產(chǎn)生了電流．

設(shè)問：那么在其它情況下磁通變化是否也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流呢？

實(shí)驗(yàn)2：演示實(shí)驗(yàn)——條形磁鐵插入線圈

觀察提問：

A、條形磁鐵插入或取出時(shí)，可見電流表的指針偏轉(zhuǎn)．

B、磁鐵與線圈相對(duì)靜止時(shí)，可見電流表指針不偏轉(zhuǎn)．

現(xiàn)象分析：（師生討論）對(duì)線圈回路，當(dāng)線圈與磁鐵有沿軸線的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所處磁場(chǎng)因磁鐵的遠(yuǎn)離和靠近而變化，而未變，故穿過線圈的磁通變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，而當(dāng)磁鐵不動(dòng)時(shí)，線圈處，不變，故無感應(yīng)電流．

實(shí)驗(yàn)3：演示實(shí)驗(yàn)——關(guān)于原副線圈的實(shí)驗(yàn)演示

實(shí)驗(yàn)觀察：移動(dòng)變阻器滑片（或通斷開關(guān)），電流表指針偏轉(zhuǎn)．當(dāng)A中電流穩(wěn)定時(shí)，電流表指針不偏轉(zhuǎn)．

現(xiàn)象分析：對(duì)線圈，滑片移動(dòng)或開關(guān)通斷，引起A中電流變，則磁場(chǎng)變，穿過B的磁通變，故B中產(chǎn)生感應(yīng)電流．當(dāng)A中電流穩(wěn)定時(shí)，磁場(chǎng)不變，磁通不變，則B中無感應(yīng)電流．

教師總結(jié)：不同的實(shí)驗(yàn)，其共同處在于：只要穿過閉合回路的磁通量的變化，不管引起磁通量變化的原因是什么，閉合電路中都有感應(yīng)電流產(chǎn)生．

結(jié)論：

無論用什么方法，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路就有電流產(chǎn)生，這種利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流．

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化：

引導(dǎo)學(xué)生討論分析上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)中能量的轉(zhuǎn)化情況．

3、例題講解

4、教師總結(jié)：

能量守恒定律是一個(gè)普遍定律，同樣適合于電磁感應(yīng)現(xiàn)象．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能不是憑空產(chǎn)生的，它們或者是其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能，或者是電能在不同電路中的轉(zhuǎn)移．

5、布置作業(yè)

《電磁感應(yīng)》教學(xué)設(shè)計(jì)

《電磁感應(yīng)》教學(xué)設(shè)計(jì)

一、教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能

⑴知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件。

⑵知道感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān)。

2、過程與方法

⑴經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探研過程，體驗(yàn)磁生電的過程

⑵通過探究磁生電的條件，進(jìn)一步體會(huì)電和磁之間的聯(lián)系

3、情感態(tài)度和價(jià)值觀

⑴認(rèn)識(shí)到自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系的

⑵培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的能力和從實(shí)驗(yàn)事實(shí)中歸納、概括物理概念與規(guī)律的能力

三、重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象，感應(yīng)電流的方向跟哪些因素有關(guān)，電磁感應(yīng)中能量的轉(zhuǎn)化

難點(diǎn)：電磁感應(yīng)現(xiàn)象

四、教學(xué)過程

㈠引入新課

前面我們學(xué)習(xí)過了電流的磁場(chǎng)，我們知道奧斯特實(shí)驗(yàn)揭示了電和磁之間的聯(lián)系，說明電可以生磁。那么，我們可不可以反過來進(jìn)行逆向思索：磁場(chǎng)能否產(chǎn)生電流呢？怎樣才能使磁生電呢？下面我們來共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

㈡新課教學(xué)

1．通過實(shí)驗(yàn)探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象

向?qū)W生交待實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑤熒餐懻撘_(dá)到此目的需要選擇哪些實(shí)驗(yàn)器材？為什么？如何組裝成實(shí)驗(yàn)電路？

2．教師展示以上實(shí)驗(yàn)器材，注意讓學(xué)生連接電路，嘗試如何能產(chǎn)生電流長(zhǎng)

教師啟發(fā)學(xué)生：電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，把導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中會(huì)不會(huì)產(chǎn)生電流？磁場(chǎng)的強(qiáng)弱對(duì)實(shí)驗(yàn)是否有影響？導(dǎo)體在磁場(chǎng)中是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的，請(qǐng)學(xué)生將觀察結(jié)果填寫在上面表格里。

次序

實(shí)驗(yàn)條件

電流表的偏轉(zhuǎn)情況

1

2

3

4

5

實(shí)驗(yàn)完畢，提出問題讓學(xué)生思考：

上述實(shí)驗(yàn)說明磁能生電嗎？（能）

在什么條件下才能產(chǎn)生這種現(xiàn)象？是否導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)就夠了？該怎樣運(yùn)動(dòng)呢？

師生共同討論分析上述問題，最后由學(xué)生歸納，概括得出結(jié)論，并由教師板書：

實(shí)驗(yàn)表明：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流。

講述：電磁感應(yīng)現(xiàn)象是英國(guó)的物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)的。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步揭示了電和磁之間的聯(lián)系，導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)的發(fā)明，開辟了電的時(shí)代。

4．探究感應(yīng)電流的方向

提問：我們知道，電流是有方向的，那么感應(yīng)電流的方向是怎樣的呢？它的方向與哪些因素有關(guān)？請(qǐng)同學(xué)們觀察下面的實(shí)驗(yàn)。

演示實(shí)驗(yàn)：保持上述實(shí)驗(yàn)裝置不變，反復(fù)改變磁場(chǎng)方向或改變導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方向，請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察電流表的偏轉(zhuǎn)方向。

師：在上述實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，你們發(fā)現(xiàn)電流表的指針方向偏轉(zhuǎn)有什么變化？這個(gè)現(xiàn)象說明了什么？

生：感應(yīng)電流有方向

師：那感應(yīng)電流方向跟哪些因素有關(guān)呢？

讓學(xué)生猜想感應(yīng)電流方向可能跟什么有關(guān)：是跟導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)還是跟磁場(chǎng)方向有關(guān)？

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，讓學(xué)生討論、思考、歸納、概括。

教師板書：導(dǎo)體中感應(yīng)電流的方向，跟導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向有關(guān)。

5．探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能的轉(zhuǎn)化

師：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)是什么力做功？它消耗了什么能？（機(jī)械能）得到了什么能？（電能）

在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中實(shí)現(xiàn)了什么能與什么能之間的轉(zhuǎn)化？（機(jī)械能與電能的轉(zhuǎn)化）

五、小結(jié)：學(xué)生總結(jié)

高考物理電磁感應(yīng)與電路的分析沖刺專題復(fù)習(xí)

20xx屆高考黃岡中學(xué)物理沖刺講解、練習(xí)題、預(yù)測(cè)題09：第5專題電磁感應(yīng)與電路的分析（1）
知識(shí)網(wǎng)絡(luò)
考點(diǎn)預(yù)測(cè)
本專題包含以“電路”為核心的三大主要內(nèi)容：一是以閉合電路歐姆定律為核心的直流電路的相關(guān)知識(shí)，在高考中有時(shí)以選擇題的形式出現(xiàn)，如2009年全國(guó)理綜卷Ⅱ第17題、天津理綜卷第3題、江蘇物理卷第5題，2007年上海物理卷第3(A)題、寧夏理綜卷第19題、重慶理綜卷第15題等；二是以交變電流的產(chǎn)生特點(diǎn)以及以變壓器為核心的交變電流的知識(shí)，在高考中常以選擇題的形式出現(xiàn)，如2009年四川理綜卷第17題、廣東物理卷第9題，2008年北京理綜卷第18題、四川理綜卷第16題、寧夏理綜卷第19題等；三是以楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律為核心的電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，本部分知識(shí)是高考中的重要考點(diǎn)，既有可能以選擇題的形式出現(xiàn)，如2009年重慶理綜卷第20題、天津理綜卷第4題，2008年全國(guó)理綜卷Ⅰ第20題、全國(guó)理綜卷Ⅱ第21題、江蘇物理卷第8題等，也有可能以計(jì)算題的形式出現(xiàn)，如2009年全國(guó)理綜卷Ⅱ第24題、四川理綜卷第24題、北京理綜卷第23題，2008年全國(guó)理綜卷Ⅱ第24題、北京理綜卷第22題、江蘇物理卷第15題等．
在20xx年高考中依然會(huì)出現(xiàn)上述相關(guān)知識(shí)的各種題型，特別是電磁感應(yīng)與動(dòng)力學(xué)、功能問題的綜合應(yīng)成為復(fù)習(xí)的重點(diǎn)．
要點(diǎn)歸納
一、電路分析與計(jì)算
1．部分電路總電阻的變化規(guī)律
(1)無論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，其總電阻都會(huì)隨其中任一電阻的增大(減小)而增大(減小)．
(2)分壓電路的電阻．如圖5－1所示，在由R1和R2組成的分壓電路中，當(dāng)R1串聯(lián)部分的阻值RAP增大時(shí)，總電阻RAB增大；當(dāng)RAP減小時(shí)，總電阻RAB減?。?br> 圖5－1
(3)雙臂環(huán)路的阻值．如圖5－2所示，在由R1、R2和R組成的雙臂環(huán)路中，當(dāng)AR1P支路的阻值和AR2P支路的阻值相等時(shí)，RAB最大；當(dāng)P滑到某端，使兩支路的阻值相差最大時(shí)，RAB最?。?br> 圖5－2
2．復(fù)雜電路的簡(jiǎn)化
對(duì)復(fù)雜電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，畫出其等效電路圖是正確識(shí)別電路、分析電路的重要手段．常用的方法主要有以下兩種．
(1)分流法(電流追蹤法)：根據(jù)假設(shè)的電流方向，分析電路的分支、匯合情況，從而確定元件是串聯(lián)還是并聯(lián)．
(2)等勢(shì)法：從電源的正極出發(fā)，凡是用一根無電阻的導(dǎo)線把兩點(diǎn)(或幾點(diǎn))連接在一起的，這兩點(diǎn)(或幾點(diǎn))的電勢(shì)就相等，在畫等效電路圖時(shí)可以將這些點(diǎn)畫成一點(diǎn)(或畫在一起)．等電勢(shì)的另一種情況是，電路中的某一段電路雖然有電阻(且非無限大)，但無電流通過，則與該段電路相連接的各點(diǎn)的電勢(shì)也相等．
若電路中有且只有一處接地線，則它只影響電路中各點(diǎn)的電勢(shì)值，不影響電路的結(jié)構(gòu)；若電路中有兩處或兩處以上接地線，則它除了影響電路中各點(diǎn)的電勢(shì)外，還會(huì)改變電路的結(jié)構(gòu)，各接地點(diǎn)可認(rèn)為是接在同一點(diǎn)上．另外，在一般情況下，接電流表處可視為短路，接電壓表、電容器處可視為斷路．
3．歐姆定律
(1)部分電路歐姆定律：公式I＝UR．
注意：電路的電阻R并不由U、I決定．
(2)閉合電路歐姆定律：公式I＝ER＋r或E＝U＋I(xiàn)r，其中U＝IR為路端電壓．
路端電壓U和外電阻R、干路電流I之間的關(guān)系：R增大，U增大，當(dāng)R＝∞時(shí)(斷路)，I＝0，U＝E；R減小，U減小，當(dāng)R＝0時(shí)(短路)，I＝Imax＝Er，U＝0．
(3)在閉合電路中，任一電阻Ri的阻值增大(電路中其余電阻不變)，必將引起通過該電阻的電流Ii的減小以及該電阻兩端的電壓Ui的增大，反之亦然；任一電阻Ri的阻值增大，必將引起與之并聯(lián)的支路中電流I并的增大，與之串聯(lián)的各電阻兩端電壓U串的減小，反之亦然．
4．幾類常見的功率問題
(1)與電源有關(guān)的功率和電源的效率
①電源的功率P：電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，也稱為電源的總功率．計(jì)算式為P＝EI(普遍適用)或P＝E2R＋r＝I2(R＋r)(只適用于外電路為純電阻的電路)．
②電源內(nèi)阻消耗的功率P內(nèi)：電源內(nèi)阻的熱功率，也稱為電源的損耗功率．計(jì)算式為P內(nèi)＝I2r．
③電源的輸出功率P出：是指外電路上消耗的功率．計(jì)算式為P出＝U外I(普遍適用)或P出＝I2R＝E2R(R＋r)2(只適用于外電路為純電阻的電路)．電源的輸出功率曲線如圖5－3所示．當(dāng)R→0時(shí)，輸出功率P→0；當(dāng)R→∞時(shí)，輸出功率P→0；當(dāng)R＝r時(shí)，Pmax＝E24r；當(dāng)R＜r時(shí)，R增大，輸出功率增大；當(dāng)R＞r時(shí)，R增大，輸出功率反而減?。?br> 圖5－3
對(duì)于E、r一定的電源，外電阻R一定時(shí)，輸出功率只有唯一的值；輸出功率P一定時(shí)，一般情況下外電阻有兩個(gè)值R1、R2與之對(duì)應(yīng)，即R1＜r、R2＞r，可以推導(dǎo)出R1、R2的關(guān)系為R1R2＝r．
④功率分配關(guān)系：P＝P出＋P內(nèi)，即EI＝UI＋I(xiàn)2r．
閉合電路中的功率分配關(guān)系反映了閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化和守恒關(guān)系，即電源提供的電能一部分消耗在內(nèi)阻上，另一部分輸出給外電路，并在外電路上轉(zhuǎn)化為其他形式的能．能量守恒的表達(dá)式為EIt＝UIt＋I(xiàn)2rt(普遍適用)或EIt＝I2Rt＋I(xiàn)2rt(只適用于外電路為純電阻的電路)．
⑤電源的效率：η＝UIEI×100%＝UE×100%
對(duì)純電阻電路有：
η＝I2RI2(R＋r)×100%＝RR＋r×100%＝11＋rR×100%
因此當(dāng)R增大時(shí)，效率η提高．
(2)用電器的額定功率和實(shí)際功率
用電器在額定電壓下消耗的電功率叫額定功率，即P額＝U額I額．用電器在實(shí)際電壓下消耗的電功率叫實(shí)際功率，即P實(shí)＝U實(shí)I實(shí)．實(shí)際功率不一定等于額定功率．
(3)用電器的功率與電流的發(fā)熱功率
用電器的電功率P＝UI，電流的發(fā)熱功率P熱＝I2R．對(duì)于純電阻電路，兩者相等；對(duì)于非純電阻電路，電功率大于熱功率．
(4)輸電線路上的損耗功率和輸電功率
輸電功率P輸＝U輸I，損耗功率P線＝I2R線＝ΔUI．
5．交變電流的四值、變壓器的工作原理及遠(yuǎn)距離輸電
(1)交變電流的四值
交變電流的四值即最大值、有效值、平均值和瞬時(shí)值．交變電流在一個(gè)周期內(nèi)能達(dá)到的最大數(shù)值稱為最大值或峰值，在研究電容器是否被擊穿時(shí)，要用到最大值；有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來定義的，在計(jì)算電路中的能量轉(zhuǎn)換如電熱、電功、電功率或確定交流電壓表、交流電流表的讀數(shù)和保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，要用有效值；在計(jì)算電荷量時(shí)，要用平均值；交變電流在某一時(shí)刻的數(shù)值稱為瞬時(shí)值，不同時(shí)刻，瞬時(shí)值的大小和方向一般不同，計(jì)算電路中與某一時(shí)刻有關(guān)的問題時(shí)要用交變電流的瞬時(shí)值．
(2)變壓器電路的分析與計(jì)算
①正確理解理想變壓器原、副線圈的等效電路，尤其是副線圈的電路，它是解決變壓器電路的關(guān)鍵．
②正確理解電壓變比、電流變比公式，尤其是電流變比公式．電流變比對(duì)于多個(gè)副線圈不能使用，這時(shí)求電流關(guān)系只能根據(jù)能量守恒來求，即P輸入＝P輸出．
③正確理解變壓器中的因果關(guān)系：理想變壓器的輸入電壓決定了輸出電壓；輸出功率決定了輸入功率，即只有有功率輸出，才會(huì)有功率輸入；輸出電流決定了輸入電流．
④理想變壓器只能改變交流的電流和電壓，卻無法改變其功率和頻率．
⑤解決遠(yuǎn)距離輸電問題時(shí)，要注意所用公式中各量的物理意義，畫好輸電線路的示意圖，找出相應(yīng)的物理量．
二、電磁感應(yīng)的規(guī)律
1．感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件及方向的判斷
(1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(兩種說法)
①閉合回路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)．
②穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化．
(2)感應(yīng)電流方向的判斷
①右手定則：當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則判斷導(dǎo)體中電流的方向比較方便．
注意右手定則與左手定則的區(qū)別，抓住“因果關(guān)系”：“因動(dòng)而電”，用右手定則；“因電而動(dòng)”，用左手定則．還可以用“左因右果”或“左力右電”來記憶，即電流是原因、受力運(yùn)動(dòng)是結(jié)果的用左手定則；反之，運(yùn)動(dòng)是原因、產(chǎn)生電流是結(jié)果的用右手定則．
②楞次定律(兩種表述方式)
表述一：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化．
表述二：感應(yīng)電流的作用效果總是要反抗引起感應(yīng)電流的原因．
楞次定律是判斷感應(yīng)電流方向的一般規(guī)律．當(dāng)磁通量的變化引起感應(yīng)電流時(shí)，可用“楞次定律表述一”來判斷其方向．
應(yīng)用楞次定律的關(guān)鍵是正確區(qū)分涉及的兩個(gè)磁場(chǎng)：一是引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)；二是感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)．理解兩個(gè)磁場(chǎng)的阻礙關(guān)系——“阻礙”的是原磁場(chǎng)磁通量的變化．從能量轉(zhuǎn)化的角度看，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的過程就是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程，而這一過程總要伴隨外力克服安培力做功．
“阻礙”的含義可推廣為三種表達(dá)方式：阻礙原磁通量的變化(增反減同)；阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(來拒去留)；阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)．
2．正確理解法拉第電磁感應(yīng)定律
(1)法拉第電磁感應(yīng)定律
①電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過這一回路的磁通量的變化率成正比，即E＝nΔΦΔt．此公式計(jì)算的是Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．
②當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式為：E＝BLvsinθ，式中的θ為B與v正方向的夾角．若v是瞬時(shí)速度，則算出的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若v為平均速度，則算出的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．
(2)磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的區(qū)別
磁通量磁通量的變化量磁通量的變化率
物理意義某時(shí)刻穿過某個(gè)面的磁感線的條數(shù)某段時(shí)間內(nèi)穿過某個(gè)面的磁通量變化穿過某個(gè)面的磁通量變化的快慢
大
小Φ＝BSn，其中Sn是與B垂直的面的面積ΔΦ＝Φ2－Φ1
ΔΦ＝BΔS
ΔΦ＝SΔBΔΦΔt＝BΔSΔt
或ΔΦΔt＝SΔBΔt

注
意若穿過某個(gè)面有方向相反的磁場(chǎng)，則不能直接用Φ＝BS求解，應(yīng)考慮相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量開始時(shí)和轉(zhuǎn)過180°時(shí)平面都與磁場(chǎng)垂直，穿過平面的磁通量是一正一負(fù)，ΔΦ＝2BS，而不是零既不表示磁通量的大小，也不表示變化的多少．實(shí)際上，它就是單匝線圈上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，即E＝ΔΦΔt

附
注對(duì)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞處于線圈平面內(nèi)且垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈：
①線圈平面與磁感線平行時(shí)，Φ＝0，但ΔΦΔt最大
②線圈平面與磁感線垂直時(shí)，Φ最大，但ΔΦΔt＝0
Φ大或ΔΦ大，都不能保證ΔΦΔt就大；反過來，ΔΦΔt大時(shí)，Φ和ΔΦ也不一定大．這類似于運(yùn)動(dòng)學(xué)中的v、Δv及ΔvΔt三者之間的關(guān)系

(3)另外兩種常見的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)
①長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒沿垂直于磁場(chǎng)的方向放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且以ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：
當(dāng)以中點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，E＝0(以中點(diǎn)平分的兩段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和為零)；
當(dāng)以端點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，E＝12BωL2(平均速度取中點(diǎn)位置的線速度，即12ωL)；
當(dāng)以任意點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，E＝12Bω(L12－L22)(不同的兩段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和)．
②面積為S的矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度ω繞線圈平面內(nèi)的垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：
線圈平面與磁感線平行時(shí)，E＝BSω；
線圈平面與磁感線垂直時(shí)，E＝0；
線圈平面與磁感線的夾角為θ時(shí)，E＝BSωcosθ．
(3)理解法拉第電磁感應(yīng)定律的本質(zhì)
法拉第電磁感應(yīng)定律是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁學(xué)中的一個(gè)具體應(yīng)用，它遵循能量守恒定律．閉合電路中電能的產(chǎn)生必須以消耗一定量的其他形式的能量為代價(jià)，譬如：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)上是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過程；變壓器是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能的轉(zhuǎn)移．運(yùn)用能量的觀點(diǎn)來解題是解決物理問題的重要方法，也是解決電磁感應(yīng)問題的有效途徑．
三、電磁感應(yīng)與電路的綜合應(yīng)用
電磁感應(yīng)中由于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此導(dǎo)體相當(dāng)于電源．整個(gè)回路便形成了閉合電路，由電學(xué)知識(shí)可求出各部分的電學(xué)量，而導(dǎo)體因有電流而受到安培力的作用，從而可以與運(yùn)動(dòng)學(xué)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、能量守恒等知識(shí)相聯(lián)系．電磁感應(yīng)與電路的綜合應(yīng)用是高考中非常重要的考點(diǎn)．
熱點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)
一、電路問題
1．電路的動(dòng)態(tài)分析
這類問題是根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)和并聯(lián)電路的性質(zhì)，分析電路中因某一電阻變化而引起的整個(gè)電路中各部分電學(xué)量的變化情況，它涉及歐姆定律、串聯(lián)和并聯(lián)電路的特點(diǎn)等重要的電學(xué)知識(shí)，還可考查學(xué)生是否掌握科學(xué)分析問題的方法——?jiǎng)討B(tài)電路局部的變化可以引起整體的變化，而整體的變化決定了局部的變化，因此它是高考的重點(diǎn)與熱點(diǎn)之一．常用的解決方法如下．
(1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”．先從電路中阻值變化的部分入手，由串聯(lián)和并聯(lián)規(guī)律判斷出R總的變化情況；再由歐姆定律判斷I總和U端的變化情況；最后再由部分電路歐姆定律判定各部分電學(xué)量的變化情況．即：
R局增大減小→R總增大減小→I總減小增大→U端增大減小I分U分
(2)直觀法：直接應(yīng)用部分電路中R、I、U的關(guān)系中的兩個(gè)結(jié)論．
①任一電阻R的阻值增大，必引起該電阻中電流I的減小和該電阻兩端電壓U的增大，即：
R↑→I↓U↑
②任一電阻R的阻值增大，必將引起與之并聯(lián)的支路中電流I并的增大和與之串聯(lián)的各電阻兩端的電壓U串的減小，即：R↑→I并↑U串↓
(3)極端法：對(duì)于因滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)引起電路變化的問題，可將變阻器的滑片分別滑至兩邊頂端討論．
(4)特殊值法：對(duì)于某些雙臂環(huán)路問題，可以代入特殊值去判定，從而找出結(jié)論．
●例1在如圖5－4所示的電路中，當(dāng)變阻器R3的滑片P向b端移動(dòng)時(shí)()
圖5－4
A．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小
B．電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大
C．電壓表和電流表的示數(shù)都增大
D．電壓表和電流表的示數(shù)都減小
【解析】方法一(程序法)當(dāng)滑片P向b端移動(dòng)時(shí)，R3接入電路的阻值減小，總電阻R將減小，干路電流增大，路端電壓減小，電壓表的示數(shù)減小，R1和內(nèi)阻兩端的電壓增大，R2、R3并聯(lián)部分兩端的電壓減小，通過R2的電流減小，但干路電流增大，因此通過R3的電流增大，電流表的示數(shù)增大，故選項(xiàng)B正確．
方法二(極端法)當(dāng)滑片P移到b端時(shí)R3被短路，此時(shí)電流表的示數(shù)最大，總電阻最小，路端電壓最小，故選項(xiàng)B正確．
方法三(直觀法)當(dāng)滑片P向b移動(dòng)時(shí)，R3接入電路的電阻減小，由部分電路中R、I、U關(guān)系中的兩個(gè)結(jié)論可知，該電阻中的電流增大，電流表的示數(shù)增大，總電阻減小，路端電壓減小，故選項(xiàng)B正確．
[答案]B
【點(diǎn)評(píng)】在進(jìn)行電路的動(dòng)態(tài)分析時(shí)，要靈活運(yùn)用幾種常用的解決此類問題的方法．
2．電路中幾種功率與電源效率問題
(1)電源的總功率：P總＝EI．
(2)電源的輸出功率：P出＝UI．
(3)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率：P內(nèi)＝I2r．
(4)電源的效率：η＝UE＝RR＋r．
(5)電源的最大功率：Pmax＝E2r，此時(shí)η→0，嚴(yán)重短路．
(6)當(dāng)R＝r時(shí)，輸出功率最大，P出max＝E24r，此時(shí)η＝50%．
●例2如圖5－5所示，E＝8V，r＝2Ω，R1＝8Ω，R2為變阻器接入電路中的有效阻值，問：
圖5－5
(1)要使變阻器獲得的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？這時(shí)R2的功率是多大？
(2)要使R1得到的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？R1的最大功率是多大？這時(shí)電源的效率是多大？
(3)調(diào)節(jié)R2的阻值，能否使電源以最大的功率E24r輸出？為什么？
【解析】(1)將R1和電源(E，r)等效為一新電源，則：
新電源的電動(dòng)勢(shì)E′＝E＝8V
內(nèi)阻r′＝r＋R1＝10Ω，且為定值
利用電源的輸出功率隨外電阻變化的結(jié)論知，當(dāng)R2＝r′＝10Ω時(shí)，R2有最大功率，即：
P2max＝E′24r′＝824×10W＝1.6W．
(2)因R1是定值電阻，所以流過R1的電流越大，R1的功率就越大．當(dāng)R2＝0時(shí)，電路中有最大電流，即：
Imax＝ER1＋r＝0.8A
R1有最大功率P1max＝Imax2R1＝5.12W
這時(shí)電源的效率η＝R1R1＋r×100%＝80%．
(3)不可能．因?yàn)榧词筊2＝0，外電阻R1也大于r，不可能有E24r的最大輸出功率．本題中，當(dāng)R2＝0時(shí)，外電路得到的功率最大．
[答案](1)10Ω1.6W(2)05.12W80%
(3)不可能，理由略
【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查學(xué)生對(duì)電源的輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律的理解和運(yùn)用．注意：求R1的最大功率時(shí)，不能把R2等效為電源的內(nèi)阻，R1的最大功率不等于E24(R2＋r)，因?yàn)镽1為定值電阻．故求解最大功率時(shí)要注意固定電阻與可變電阻的區(qū)別．另外，也要區(qū)分電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r均不變與r變化時(shí)的差異．
3．含容電路的分析與計(jì)算方法
在直流電路中，當(dāng)電容器充放電時(shí)，電路里有充放電電流，一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無限大的儲(chǔ)能元件．對(duì)于直流電，電容器相當(dāng)于斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它，簡(jiǎn)化后求電容器所帶的電荷量時(shí)，可將其接在相應(yīng)的位置上；而對(duì)于交變電流，電容器相當(dāng)于通路．在分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：
(1)電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，所以此支路中的電阻上無電壓降，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓；
(2)當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩端的電壓和與其并聯(lián)的電阻兩端的電壓相等；
(3)電路的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充放電．
●例3在如圖5－6所示的電路中，電容器C1＝4.0μF，C2＝3.0μF，電阻R1＝8.0Ω，R2＝6.0Ω．閉合開關(guān)S1，給電容器C1、C2充電，電路達(dá)到穩(wěn)定后，再閉合開關(guān)S2，電容器C1的極板上所帶電荷量的減少量與電容器C2的極板上所帶電荷量的減少量之比是16∶15．開關(guān)S2閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為1.0A．求電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．
圖5－6
【解析】只閉合開關(guān)S1時(shí)，電容器C1的電荷量Q1＝C1E，C2的電荷量Q2＝C2E，式中E為電源的電動(dòng)勢(shì)
再閉合開關(guān)S2后，電流表的示數(shù)為I，則C1的電荷量Q1′＝C1IR1，C2的電荷量Q2′＝C2IR2
根據(jù)題意有：Q1－Q1′Q2－Q2′＝C1(E－IR1)C2(E－IR2)＝1615
由閉合電路的歐姆定律，有：E＝I(R1＋R2＋r)
聯(lián)立解得：E＝16V，r＝2.0Ω．
[答案]16V2.0Ω
【點(diǎn)評(píng)】本題是一個(gè)典型的含電容器的直流電路問題，考查了學(xué)生對(duì)等效電路和電容器的充電、放電電路的理解及綜合分析能力．
4．交變電流與交變電路問題
縱觀近幾年的高考試題，本部分內(nèi)容出現(xiàn)在選擇題部分的概率較高，集中考查含變壓器電路、交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律、最大值與有效值．如2009年高考四川理綜卷第17題、山東理綜卷第17題、福建理綜卷第16題等．
●例4一氣體放電管兩電極間的電壓超過5003V時(shí)就會(huì)因放電而發(fā)光．若在它發(fā)光的情況下逐漸降低電壓，則要降到5002V時(shí)才會(huì)熄滅．放電管的兩電極不分正負(fù)．現(xiàn)有一正弦交流電源，其輸出電壓的峰值為1000V，頻率為50Hz．若用它給上述放電管供電，則在一小時(shí)內(nèi)放電管實(shí)際發(fā)光的時(shí)間為()
A．10minB．25min
C．30minD．35min
【解析】由題意知，該交變電流的u－t圖象如圖所示
電壓的表達(dá)式為：u＝1000sin100πtV
綜合圖象可知：
在0～T2內(nèi)，T6～3T8時(shí)間段放電管能通電發(fā)光，通電時(shí)間為：Δti＝(3T8－T6)＝1240s
故一小時(shí)內(nèi)放電管實(shí)際發(fā)光的時(shí)間為：
t＝Δti×tT2＝1500s＝25min．
[答案]B
【點(diǎn)評(píng)】①交變電流的熱效應(yīng)(如熔斷、加熱等)取決于有效值，而對(duì)電容、空氣導(dǎo)電的擊穿則取決于瞬時(shí)值．
②分析正弦交變電流的特性時(shí)需要熟練地運(yùn)用數(shù)學(xué)函數(shù)與圖象，仔細(xì)周密地分析正弦函數(shù)中角度與變量時(shí)間的關(guān)系．
★同類拓展1如圖5－7甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1＝20Ω，R2＝30Ω，C為電容器．已知通過R1的正弦交變電流如圖5－7乙所示，則[2009年高考四川理綜卷]()

甲乙
圖5－7
A．交變電流的頻率為0.02Hz
B．原線圈輸入電壓的最大值為2002V
C．電阻R2的電功率約為6.67W
D．通過R3的電流始終為零
【解析】根據(jù)變壓器原理可知，原、副線圈中電流的周期、頻率相同，T＝0.020s，f＝50Hz，A錯(cuò)誤．
由乙圖可知，通過R1的電流最大值Im＝1A，根據(jù)歐姆定律可知，其最大電壓Um＝20V，再根據(jù)原、副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比可知，原線圈的輸入電壓的最大值為200V，B錯(cuò)誤．
因?yàn)殡娙萜饔型ń涣?、隔直流的作用，故有電流通過R3和電容器，D錯(cuò)誤．
根據(jù)正弦交變電流的峰值與有效值的關(guān)系以及并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知I2＝ImR12R2，U2＝Um2，R2上的電功率P2＝U2I2＝203W，C正確．
[答案]C
●例5某種發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)平面圖如圖5－8甲所示，永磁體的內(nèi)側(cè)為圓柱面形，磁極之間上下各有圓心角θ＝30°的扇形無磁場(chǎng)區(qū)域，其他區(qū)域兩極與圓柱形鐵芯之間的窄縫間形成B＝0.5T的磁場(chǎng)．在窄縫里有一個(gè)如圖5－8乙所示的U形導(dǎo)線框abcd．已知線框ab和cd邊的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)1＝0.3m，bc邊的長(zhǎng)度L2＝0.4m，線框以ω＝500π3rad/s的角速度順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．
圖5－8甲
圖5－8乙
(1)從bc邊轉(zhuǎn)到圖甲所示的H側(cè)磁場(chǎng)邊緣時(shí)開始計(jì)時(shí)，求t＝2×10－3s時(shí)刻線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；畫出a、d兩點(diǎn)的電勢(shì)差Uad隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖象．(感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，Uad的正值表示Ua＞Ud)
(2)求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值．
【解析】(1)由題意知線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的周期T＝2πω＝1.2×10－2s
t＝2×10－3s時(shí)刻bc邊還在磁場(chǎng)中，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：
ε＝BL2L1ω＝31.4V
根據(jù)bc邊在磁場(chǎng)區(qū)與非磁場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間可畫出Uad－t圖象如圖5－8丙所示．
圖5－8丙
(2)設(shè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E，當(dāng)bc邊外接純電阻R時(shí)，考慮T2內(nèi)的熱效應(yīng)得：
Q＝ε2R×512T＝E2R×T2
解得：E＝28.7V．
[答案](1)31.4V如圖5－8丙所示(2)28.7V
二、電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用
電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用問題不僅涉及法拉第電磁感應(yīng)定律，還涉及力學(xué)、熱學(xué)、靜電場(chǎng)、直流電路、磁場(chǎng)等許多知識(shí)．
電磁感應(yīng)的綜合題有兩種基本類型：一是電磁感應(yīng)與電路、電場(chǎng)的綜合；二是發(fā)生電磁感應(yīng)的導(dǎo)體的受力和運(yùn)動(dòng)以及功能問題的綜合．也有這兩種基本類型的復(fù)合題，題中電磁現(xiàn)象與力現(xiàn)象相互聯(lián)系、相互影響、相互制約，其基本形式如下：
注意：
(1)求解一段時(shí)間內(nèi)流過電路某一截面的電荷量要用電流的平均值；
(2)求解一段時(shí)間內(nèi)的熱量要用電流的有效值；
(3)求解瞬時(shí)功率要用瞬時(shí)值，求解平均功率要用有效值．
1．電磁感應(yīng)中的電路問題
在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于電源．因此，電磁感應(yīng)問題往往與電路問題聯(lián)系在一起．解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法如下：
(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向；
(2)畫等效電路圖，注意區(qū)別內(nèi)外電路，區(qū)別路端電壓、電動(dòng)勢(shì)；
(3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路性質(zhì)以及電功率等公式聯(lián)立求解．
2．感應(yīng)電路中電動(dòng)勢(shì)、電壓、電功率的計(jì)算
●例6如圖5－9甲所示，水平放置的U形金屬框架中接有電源，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r．現(xiàn)在框架上放置一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬桿，它可以在框架上無摩擦地滑動(dòng)，框架兩邊相距L，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向上．a(chǎn)b桿受到水平向右的恒力F后由靜止開始向右滑動(dòng)，求：
圖5－9甲
(1)ab桿由靜止啟動(dòng)時(shí)的加速度．
(2)ab桿可以達(dá)到的最大速度vm．
(3)當(dāng)ab桿達(dá)到最大速度vm時(shí)，電路中每秒放出的熱量Q．
【解析】(1)ab滑動(dòng)前通過的電流：I＝Er＋R
受到的安培力F安＝BELr＋R，方向水平向左
所以ab剛運(yùn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)加速度為：
a1＝F－F安m＝Fm－BEL(r＋R)m．
(2)ab運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生的感應(yīng)電流與原電路電流相同，到達(dá)最大速度時(shí)，感應(yīng)電路如圖5－9乙所示．此時(shí)電流Im＝E＋BLvmR＋r．
圖5－9乙
由平衡條件得：
F＝BImL＝BL(BLvm＋E)R＋r
故可得：vm＝F(R＋r)－BLEB2L2．
(3)方法一由以上可知，Im＝BLvm＋ER＋r＝FBL
由焦耳定律得：Q＝Im2(R＋r)＝F2(R＋r)B2L2．
方法二由能量守恒定律知，電路每秒釋放的熱量等于電源的總功率加上恒力F所做的功率，即：
Q＝EIm＋Fvm
＝EFBL＋F2(R＋r)－BLEFB2L2
＝F2(R＋r)B2L2．
[答案](1)Fm－BEL(r＋R)m(2)F(R＋r)－BLEB2L2
(3)F2(R＋r)B2L2
【點(diǎn)評(píng)】①本例全面考查了感應(yīng)電路的特點(diǎn)，特別是對(duì)于電功率的解析，通過對(duì)兩種求解方法的對(duì)比能很好地加深對(duì)功能關(guān)系的理解．
②ab棒運(yùn)動(dòng)的v－t圖象如圖5－9丙所示．
圖5－9丙
3．電磁感應(yīng)中的圖象問題
電磁感應(yīng)中的圖象大致可分為以下兩類．
(1)由給定的電磁感應(yīng)過程確定相關(guān)物理量的函數(shù)圖象．一類常見的情形是在某導(dǎo)體受恒力作用做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)中，該導(dǎo)體由于安培力的作用往往做加速度越來越小的變加速運(yùn)動(dòng)，圖象趨向于一漸近線．
(2)由給定的圖象分析電磁感應(yīng)過程，確定相關(guān)的物理量．
無論何種類型問題，都需要綜合運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、右手定則、安培定則等規(guī)律來分析相關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，確定其大小和方向及在坐標(biāo)系中的范圍，同時(shí)應(yīng)注意斜率的物理意義．
●例7青藏鐵路上安裝的一種電磁裝置可以向控制中心傳輸信號(hào)，以確定火車的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其原理是將能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖5－8甲所示(俯視圖)．當(dāng)它經(jīng)過安放在兩鐵軌間的線圈時(shí)，線圈便產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)傳輸給控制中心．線圈邊長(zhǎng)分別為l1和l2，匝數(shù)為n，線圈和傳輸線的電阻忽略不計(jì)．若火車通過線圈時(shí)，控制中心接收到線圈兩端的電壓信號(hào)u與時(shí)間t的關(guān)系如圖5－10乙所示(ab、cd為直線)，t1、t2、t3、t4是運(yùn)動(dòng)過程的四個(gè)時(shí)刻，則下列說法正確的是()
圖5－10
A．火車在t1～t2時(shí)間內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)
B．火車在t3～t4時(shí)間內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)
C．火車在t1～t2時(shí)間內(nèi)的加速度大小為U2－U1nBl1(t2－t1)
D．火車在t3～t4時(shí)間內(nèi)的平均速度的大小為U3＋U4nBl1
【解析】信號(hào)電壓u＝ε＝nBl1v，由u－t圖象可知，火車在t1～t2和t3～t4時(shí)間內(nèi)都做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．在t1～t2時(shí)間內(nèi)，a1＝v2－v1t2－t1＝U2－U1nBl1(t2－t1)，在t3～t4時(shí)間內(nèi)的平均速度v＝v3＋v42＝U3＋U42nBl1，故B、D錯(cuò)誤．
[答案]AC
【點(diǎn)評(píng)】從題圖可以看出，在t3～t4時(shí)間內(nèi)的u－t圖線關(guān)于t軸的對(duì)稱線與t1～t2時(shí)間內(nèi)的u－t圖線在同一直線上，由此可判斷，火車在0～t4時(shí)間內(nèi)一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的可能性很大．
●例6如圖5－11甲所示，兩個(gè)垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相反，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度均為a．一正三角形(高為a)導(dǎo)線框ACD從圖示位置沿圖示方向勻速穿過兩磁場(chǎng)區(qū)域．以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较颍瑒t圖5－11乙中能正確表示感應(yīng)電流i與線框移動(dòng)的距離x之間的關(guān)系的圖象是()
圖5－11甲
圖5－11乙
【解析】如圖5－11丙所示，當(dāng)x＜a時(shí)，線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度等于線框內(nèi)磁場(chǎng)邊界的長(zhǎng)度
圖5－11丙
故有E1＝2Bvxtan30°
當(dāng)a＜x＜2a時(shí)，線框在左右兩磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向相同，且都與x＜a時(shí)相反
故E2＝4Bv(x－a)tan30°
當(dāng)2a＜x＜3a時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與x＜a時(shí)相同
故E3＝2Bv(x－2a)tan30°．
[答案]C
★同類拓展2如圖5－12甲所示，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l，左側(cè)接一阻值為R的電阻．區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度為s．一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F＝0.5v＋0.4(N)(v為金屬棒速度)的水平外力作用，從磁場(chǎng)的左邊界由靜止開始運(yùn)動(dòng)，測(cè)得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大．(已知：l＝1m，m＝1kg，R＝0.3Ω，r＝0.2Ω，s＝1m)
圖5－12甲
(1)分析并說明該金屬棒在磁場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)．
(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。?br> (3)若撤去外力后棒的速度v隨位移x的變化規(guī)律滿足v＝v0－B2l2m(R＋r)x，且棒在運(yùn)動(dòng)到ef處時(shí)恰好靜止，則外力F作用的時(shí)間為多少？
(4)若在棒未出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去外力，畫出棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度隨位移變化所對(duì)應(yīng)的各種可能的圖線．
[2009年高考上海物理卷]
【解析】(1)金屬棒做勻加速運(yùn)動(dòng)，R兩端的電壓U∝I∝E∝v，U隨時(shí)間均勻增大，即v隨時(shí)間均勻增大，故加速度為恒量．
(2)F－B2l2R＋rv＝ma，將F＝0.5v＋0.4代入
得：0.5－B2l2R＋rv＋0.4＝ma
因?yàn)榧铀俣葹楹懔?，與v無關(guān)，m＝1kg
所以0.5－B2l2R＋r＝0，a＝0.4m/s2
代入數(shù)據(jù)得：B＝0.5T．
(3)x1＝12at2
v0＝B2l2m(R＋r)x2＝at
x1＋x2＝s
故12at2＋m(R＋r)B2l2at＝s
代入數(shù)據(jù)得：0.2t2＋0.8t－1＝0
解方程得：t＝1s．
(4)速度隨位移變化的可能圖象如圖5－10乙所示．
圖5－12乙
[答案](1)略(2)0.5T(3)1s
(4)如圖5－12乙所示
4．電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)、功能問題
電磁感應(yīng)中，通有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到安培力的作用，因此電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等問題聯(lián)系在一起．電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題的解題思路如下：
●例7如圖5－13所示，光滑斜面的傾角為θ，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)為l1，bc邊的長(zhǎng)為l2，線框的質(zhì)量為m、電阻為R，線框通過細(xì)線與重物相連，重物的質(zhì)量為M，斜面上ef線(ef平行底邊)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)寬度大于l2)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．如果線框從靜止開始運(yùn)動(dòng)，且進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間是做勻速運(yùn)動(dòng)，則()
圖5－13
A．線框abcd進(jìn)入磁場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的加速度為Mg－mgsinθm
B．線框在進(jìn)入磁場(chǎng)過程中的運(yùn)動(dòng)速度v＝(Mg－mgsinθ)RB2l12
C．線框做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為B2l12l2(Mg－mgsinθ)R
D．該過程產(chǎn)生的焦耳熱Q＝(Mg－mgsinθ)l1
【解析】設(shè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的加速度為a，細(xì)線的張力為FT，有：
Mg－FT＝Ma
FT－mgsinθ＝ma
解得：a＝Mg－mgsinθM＋m
設(shè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中的速度為v，由平衡條件得：
Mg＝mgsinθ＋B2l12vR
解得：v＝(Mg－mgsinθ)RB2l12
故線框做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1＝B2l12l2(Mg－mgsinθ)R
這一過程產(chǎn)生的焦耳熱等于電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化的電能，等于克服安培力做的功，等于系統(tǒng)機(jī)械能的減小量，即：
Q＝Mgl2－mgl2sinθ＝(Mg－mgsinθ)l2．
[答案]BC
【點(diǎn)評(píng)】①求線框受恒定拉力作用下進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后達(dá)到的最大速度在高中物理試題中較為常見．
②這類問題求轉(zhuǎn)化的電能往往有三種方法：一是ε2R總t；二是，克服安培力做的功；三是，根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律．
●例8如圖5－14所示，虛線右側(cè)為一有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，現(xiàn)有一匝數(shù)為n、總電阻為R的邊長(zhǎng)分別為L(zhǎng)和2L的閉合矩形線框abcd，其線框平面與磁場(chǎng)垂直，cd邊剛好在磁場(chǎng)外(與虛線幾乎重合)．在t＝0時(shí)刻磁場(chǎng)開始均勻減小，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B＝B0－kt．
圖5－14
(1)試求處于靜止?fàn)顟B(tài)的線框在t＝0時(shí)刻其ad邊受到的安培力的大小和方向．
(2)假設(shè)在t1＝B02k時(shí)刻，線框在如圖所示的位置且具有向左的速度v，此時(shí)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？
(3)在第(2)問的情況下，回路中的電功率是多大？
【解析】(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得，t＝0時(shí)刻線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：
E0＝nΔΦΔt＝n2L2ΔBΔt＝2nkL2
根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得，t＝0時(shí)刻線框中感應(yīng)電流的大小為：
I0＝E0R＝2nkL2R
根據(jù)安培力公式可得，線框的ad邊受到的安培力大小為：
F＝2nB0I0L＝4n2B0kL3R
根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向沿順時(shí)針方向，再根據(jù)左手定則可知，ad邊受到的安培力的方向?yàn)樨Q直(或垂直于ad邊)向上．
(2)在t1＝B02k時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝B02
線框中由于線框的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的大小為：
E1＝nB1Lv＝nB0Lv2，方向沿順時(shí)針方向
線框中由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：
E2＝nSΔBΔt＝2nL2ΔBΔt＝2nkL2，方向沿順時(shí)針方向
故此時(shí)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：
E＝E1＋E2＝nB0Lv2＋2nkL2．
(3)由(2)知線框中的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為：
E＝nB0Lv2＋2nkL2
此時(shí)回路中的電功率為：
P＝E2R＝(nB0Lv＋4nkL2)24R．
[答案](1)4n2B0kL3R，方向豎直(或垂直于ad邊)向上
(2)nB0Lv2＋2nkL2(3)(nB0Lv＋4nkL2)24R
【點(diǎn)評(píng)】感生電動(dòng)勢(shì)可表示為E1＝nSΔBΔt，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)可表示為E2＝nBΔSΔt，要注意這兩式都是E＝nΔΦΔt的推導(dǎo)式[或?qū)懗蒃＝nΔΦΔt＝n(SΔBΔt＋BΔSΔt)]．
●例9磁流體動(dòng)力發(fā)電機(jī)的原理圖如圖5－15所示．一個(gè)水平放置的上下、前后均封閉的橫截面為矩形的塑料管的寬度為l，高度為h，管內(nèi)充滿電阻率為ρ的某種導(dǎo)電流體(如電解質(zhì))．矩形塑料管的兩端接有渦輪機(jī)，由渦輪機(jī)提供動(dòng)力使流體通過管道時(shí)具有恒定的水平向右的流速v0．管道的前后兩個(gè)側(cè)面上各有長(zhǎng)為d的相互平行且正對(duì)的銅板M和N．實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，為簡(jiǎn)化起見作如下假設(shè)：①在垂直于流動(dòng)方向的橫截面上各處流體的速度相同；②流體不可壓縮．
圖5－15
(1)若在兩個(gè)銅板M、N之間的區(qū)域內(nèi)加有方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則當(dāng)流體以穩(wěn)定的速度v0流過時(shí)，兩銅板M、N之間將產(chǎn)生電勢(shì)差．求此電勢(shì)差的大小，并判斷M、N兩板中哪個(gè)板的電勢(shì)較高．
(2)用電阻不計(jì)的導(dǎo)線將銅板M、N外側(cè)相連接，由于此時(shí)磁場(chǎng)對(duì)流體有阻力的作用，使流體的穩(wěn)定速度變?yōu)関(v＜v0)，求磁場(chǎng)對(duì)流體的作用力．
(3)為使流體的流速增大到原來的值v0，則渦輪機(jī)提供動(dòng)力的功率必須增大．假設(shè)流體在流動(dòng)過程中所受到的來自磁場(chǎng)以外的阻力與它的流速成正比，試導(dǎo)出渦輪機(jī)新增大的功率的表達(dá)式．
【解析】(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律得：
兩銅板間的電勢(shì)差E＝Blv0
由右手定則可判斷出M板的電勢(shì)高．
(2)用電阻不計(jì)的導(dǎo)線將銅板M、N外側(cè)相連接，即使兩銅板的外側(cè)短路，M、N兩板間的電動(dòng)勢(shì)E＝Blv
短路電流I＝ER內(nèi)
又R內(nèi)＝ρlhd
磁場(chǎng)對(duì)流體的作用力F＝BIl
解得：F＝vB2hldρ，方向與v的方向相反(或水平向左)．
(3)解法一設(shè)流體在流動(dòng)過程中所受到的其他阻力與流速成正比的比例系數(shù)為k，在外電路未短路時(shí)流體以穩(wěn)定速度v0流過，此時(shí)流體所受到的阻力(即渦輪機(jī)所提供的動(dòng)力)為：
F0＝kv0
渦輪機(jī)提供的功率P0＝F0v0＝kv02
外電路短路后，流體仍以穩(wěn)定速度v0流過，設(shè)此時(shí)磁場(chǎng)對(duì)流體的作用力為F安，根據(jù)第(2)問的結(jié)果可知：
F安＝v0B2hldρ
此時(shí)，渦輪機(jī)提供的動(dòng)力Ft＝F0＋F安＝kv0＋v0B2hldρ
渦輪機(jī)提供的功率Pt＝Ftv0＝kv02＋v02B2hldρ
所以渦輪機(jī)新增大的功率ΔP＝Pt－P0＝v02B2hldρ．
解法二由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，渦輪機(jī)新增大的功率等于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電功率，即ΔP＝E2R內(nèi)＝v02B2hldρ．
[答案](1)Blv0M板的電勢(shì)高
(2)vB2hldρ，方向與v的方向相反(或水平向左)
(3)v02B2hldρ
【點(diǎn)評(píng)】①磁流體發(fā)電機(jī)的原理可以當(dāng)做導(dǎo)體連續(xù)切割磁感線來分析，此時(shí)有E＝BLv；也可用外電路開路時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，此時(shí)有qvB＝qU0L，得E＝U0＝BLv．
②磁流體發(fā)電機(jī)附加壓強(qiáng)做功等于克服安培力做功，等于轉(zhuǎn)化的總電能．