高考物理:構建模型 使思路暢通無阻

2020-11-24 中國網

電磁感應是電磁學的核心內容,也是高中物理綜合性最強的內容之一,高考每年必考。題型有選擇、填空和計算等,難度在中檔左右,也經常會以壓軸題出現。

在知識上,它既與電路的分析計算密切相關,又與力學中力的平衡、動量定理、功能關係等知識有機結合。習題設計靈活性很強,複習難度較大,學生掌握起來比較困難。對這章的複習一定要注意首先讓學生理清概念,然後構建模型,靈活應用電路和力學知識解決問題。

這章主要的問題是電磁感應與力、電的綜合問題,主要有以下幾個模型:單杆模型、雙杆模型、線框模型等。下面就高考中最常見的單杆模型加以分析。

(一)從組合情況看有杆與電阻、杆與電容、杆與電感、杆與彈簧等;從導體杆所在的導軌看有「平面導軌」「斜面導軌」「豎直導軌」等。從運動形式看有單杆在磁場中「勻速運動」,單槓在磁場中「勻變速運動」,單杆在磁場中「變速運動」等。

(二)解答單杆問題一般思路是:

1。找電源(單杆)畫等效電路,利用閉合電路歐姆定律求電流。

[例1]如圖所示,正方形線圈abcd 繞垂直於勻強磁場的過ad邊的固定軸oo1勻角速轉動,磁感應強度為B,角速度為,已知正方形線圈邊長為L,每邊電阻值為R,現將a、b兩點通過阻值為R的電阻用導線連接,求通過電阻R的電流。

分析時要注意的是不能把整個金屬線圈abcd都看做是電源,這裡切割磁感線的僅僅是bc邊,故這個電路的等效電路如圖所示。

2。抓住力是改變物體運動狀態的原因,通過分析單杆受力,結合運動過程,知道加速度和速度的關係,結合動量定理、能量守恆就能解決。

[例2]如圖所示,足夠長金屬導軌MN和PQ與R相連,平行地放在水平桌面上。質量為m的金屬杆ab可以無摩擦地沿導軌運動。導軌與ab杆的電阻不計,導軌寬度為L,磁感應強度為B的勻強磁場垂直穿過整個導軌平面。現給金屬杆ab一個瞬時衝量I0,使ab杆向右滑行。

(1)迴路最大電流是多少?(2)當滑行過程中電阻上產生的熱量為Q時,杆ab的加速度多大?(3)杆ab從開始運動到停下共滑行了多少距離?

(三)注意變杆問題——由於切割長度的變化造成感應電動勢的變化

[例3]如圖所示,OACO為置於水平面內的光滑閉合金屬導軌,O、C處分別接有短電阻絲(圖中粗線表示),R1=4Ω、R2=8Ω(導軌其他部分電阻不計)。導軌OAC的形狀滿足方程y=2sin(■x)(單位:m)。磁感強度B=0.2T的勻強磁場方向垂直於導軌平面。一足夠長的金屬棒在水平外力F作用下,以恆定的速率v=5.0m/s水平向右在導軌上從O點滑動到C點,棒與導軌接觸良好且始終保持與OC導軌垂直,不計棒的電阻。求:(1)外力F的最大值;(2)金屬棒在導軌上運動時電阻絲R1上消耗的最大功率;(3)在滑動過程中通過金屬棒的電流I與時間t的關係。

(四)注意單杆切割與磁場改變同時發生的問題。

[例4]如圖所示,兩根平行金屬導軌固定在水平桌面上,每根導軌每米的電阻為r0=0.10Ω/m,導軌的端點P、Q用電阻可忽略的導線相連,兩導軌間的距離l =0.20m。有隨時間變化的勻強磁場垂直於桌面,已知磁感強度B與時間t 的關係為B=kt,比例係數k=0.020T/s。一電阻不計的金屬杆可在導軌上無摩擦地滑動,在滑動過程中保持與導軌垂直,在t=0時,金屬杆緊靠在P、Q端,在外力作用下,杆以恆定的加速度從靜止開始嚮導軌的另一端滑動,求在t=6.0s時金屬杆所受的安培力。

理清概念

構建清晰知識脈絡

(一)整體上來說對於這章內容在複習時要把握一個「變」字,對於「變」字的理解有三個層次:

1。變與不變——電磁感應的產生條件(即產生電磁感應現象,如果電路閉合即產生感應電流)

2。怎麼變(增加、減少)——感應電動勢的方向(楞次定律——增反減同)

3。變化的快慢——感應電動勢的大小(法拉第電磁感應定律——感應電動勢大小與磁通量變化率呈正比)

(二)同時複習時要注意比較法拉第電磁感應E=n■定律 及推導式E=Blv sinθ

(三)明確電量的求法

(四)明確自感現象中燈泡亮度的變化

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